烧结温度对反应烧结氮化硅铁复合材料物相组成及力学性能的影响

来源期刊：功能材料2019年第3期

论文作者：张鹏展 刘飞 张金 程任翔 张冷 李玉魁

文章页码：3165 - 3169

关键词：氮化硅铁;气压烧结;物相组成;显微结构;力学性能;

摘    要：以硅铁粉、Fe-Si₃N₄粉末、钛铁矿粉为原料,采用自蔓燃法制备Si₃N₄-Fe₃Si复合材料。将Si₃N₄-Fe₃Si复合材料试样在1 650,1 700,1 750和1 800℃氮气气氛下进行烧结。采用X射线衍射、红外光谱分析、扫描电镜、维氏硬度等探究了烧结温度对Si₃N₄-Fe₃Si复合材料试样密度、孔隙率、显微结构、物相组成、力学性能的影响,并采用差示扫描量热法（DSC）探究了硅铁-钛铁矿混合物的燃烧过程。结果表明,烧结温度对氮化硅铁复合材料的显微结构、力学性能有显著的影响,随着烧结温度的升高,试样的密度、维氏硬度均增大,Si₃N₄-Fe₃Si复合材料的致密性增加;但弯曲强度和断裂韧性随着温度升高先增大后减小,在1 750℃达到最大值。在1 750℃时,试样的密度、维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性分别为3.33 g/cm³、9.85 GPa、331 MPa和8.5 MPa·m^1/2。弯曲强度提高了56%,断裂韧性提高了102%,表现出良好的抗弯强度和断裂韧性。在1 750℃时, Si₃N₄-Fe₃Si烧结试样主要物相为β-Si₃N₄、Y₂Si₂O₇、Fe₃Si和少量的Al₂O₃,完成了α-Si₃N4向β-Si₃N₄的变相,Fe₃Si在高温烧结条件下稳定性良好。