导　　师： 伍尚华

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 氮化硅（Si3N4）陶瓷具有硬度高、耐磨性好、耐高温和抗腐蚀等综合优异性能,目前已被应用于航天航空、工业生产等领域。但陶瓷的强度高、硬度高而韧性差,难以加工具有复杂结构的陶瓷部件。陶瓷增材制造技术为制备具有复杂形状的陶瓷部件提供了新的手段。本课题主要研究用于光固化成型的Si3N4陶瓷浆料流变性和光固化特性、光固化成型Si3N4陶瓷的烧结性能以及Si3N4陶瓷粉体氧化处理对浆料特性影响规律,实现了具有复杂形状Si3N4陶瓷的制造。研究陶瓷粉体、固相含量和烧结助剂等因素对Si3N4陶瓷浆料流变性及光固化特性的影响。结果表明:减小粉体粒径、增加固相含量以及增加烧结助剂含量都会增加Si3N4陶瓷的粘度,影响浆料流动性。光引发剂含量影响了浆料的临界曝光量,其中光引发剂含量为1.5 wt%时,获得最低的临界曝光量和最大固化深度。当粉体吸光度从0.229增加到0.393,临界曝光量从5.42 mJ/cm2急剧增加到13.33 mJ/cm2;陶瓷粉体的吸光消耗了部分光的能量,从而增加了浆料的临界曝光量。当Si3N4陶瓷浆料固含量从5 vol%增加到24 vol%,光的穿透深度从47.37μm降低到8.40μm,临界曝光量从14.43 mJ/cm2下降到4.99 mJ/cm2;固相含量的增加导致散射增加和单位体积内光引发剂含量减少,从而穿透深度和临界曝光量下降。当烧结助剂含量从0 vol%增加到20 vol%,穿透深度从10.40μm增加到13.19μm,临界曝光量也从8.16 mJ/cm2增加到10.35 mJ/cm2;烧结助剂的增加,降低粉体整体折射率从而提高了光的穿透深度,但烧结助剂的加入增加了散射中心,导致临界曝光量增加。基于上述研究结果,通过光固化成型技术制备了具有复杂结构的Si3N4陶瓷,并研究了光固化成型Si3N4陶瓷的烧结行为与力学性能。同时还研究了冷等静压处理和气压烧结对光固化成型Si3N4陶瓷的影响。结果表明:随着浆料固相含量的增加,排胶坯体出现明显的裂纹与缝隙,排胶后坯体的相对密度约为38%。光固化成型Si3N4陶瓷在1800 oC下的致密度为93.19%,其硬度和韧性分别为13.26±0.53 GPa和6.68±0.71MPa·m1/2。光固化成型烧结体在三个方向的烧结收缩率均约为30%。光固化成型坯体经过冷等静压处理后,其坯体相对密度提高到44.58%,烧结体致密度提高到95.36%,其硬度和韧性分别为14.78±0.43 GPa和7.73±0.51 MPa·m1/2。经过气压烧结的光固化成型Si3N4陶瓷的致密度为97.84%,其硬度和韧性分别为14.99±0.30 GPa和7.46±0.81MPa·m1/2。本文通过粉体氧化处理提高Si3N4陶瓷浆料的固化深度,研究Si3N4陶瓷粉体氧化处理对Si3N4陶瓷浆料光固化特性和流变性的影响。结果表明:Si3N4陶瓷粉体经过氧化处理,形成以Si3N4为核和SiO2为壳的“核壳”结构。氧化粉体表面的SiO2氧化膜能够降低粉体吸光度,粉体经过1200 oC氧化60 min后,吸光度从0.255下降到0.207,浆料的临界曝光量7.8 mJ/cm2下降到2.76 mJ/cm2。SiO2氧化膜的包覆作用使得Si3N4陶瓷粉体的折射率下降,粉体经过1350 oC氧化60 min后,穿透深度从8.04μm急剧上升到17.04μm。在粉体吸光度与折射率的共同作用下提高了陶瓷浆料的固化深度。粉体经过1350 oC氧化60 min后,固化深度从22μm急剧上升到48μm（曝光能量为125 mJ/cm2）。此外,粉体氧化处理能够有效提高Si3N4陶瓷浆料的流动性,为制备高固相含量、低粘度的Si3N4陶瓷浆料提高了可行的手段。更多还原

关 键 词： 光固化成型 [75481]氮化硅陶瓷 光固化特性 [1877971]烧结性能 表面氧化

分 类 号： [TQ174.758.12]

领　　域： []