以ZrO₂-MgO-Y₂O₃为添加剂的气压反应重烧结Si₃N₄陶瓷的制备与性能研究

以硅粉为原料,研究了MgO-Y2O3和ZrO2-MgO-Y2O3添加剂对气压反应烧结过程中硅粉氮化以及重烧结Si3N4陶瓷的影响。同时以Si3N4粉为主要原料,以ZrO2-MgO-Y2O3为添加剂在相同烧结工艺下制备Si3N4陶瓷作为对比实验。实验结果表明,在1 400 ℃下保温2 h氮化时,掺杂ZrO2-MgO-Y2O3添加剂可实现硅粉快速氮化;氮化后样品继续在1 850 ℃、3 MPa气压烧结下保温2 h后实现样品最终致密化,致密度达到98.2%;此时,在相同制备工艺下,以Si3N4粉为原料制备的Si3N4陶瓷的致密度为97.3%,并且,通过反应烧结制备得到的Si3N4陶瓷具有更加优异的力学性能和热导率,其断裂韧性和热导率分别为(5.6±0.8) MPa·m1/2和70.4 W/(m·K)。因此,以Si粉为原料结合ZrO2-MgO-Y2O3添加剂,通过气压反应重烧结可以获得性能更加优异的氮化硅陶瓷