Ln-Si-Al-ON系统的相关系和材料组分设计-中国科学.PDF

( B 辑) 第30 卷 第3 期 SCIENCE IN CHINA ( Series B ) 2000 年6 月 Ln-Si-Al-O-N 系统的相关系和材料组分设计* 严东生 孙维莹 ( 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050) 摘要 对Ln O -Si N -AlN-Al O (Ln = Nd, Sm 和Gd)系统的亚固相关系进行了总结, 2 3 3 4 2 3 且阐明利用相关系知识可进行复相 sialon 陶瓷的组分设计, 这些复相陶瓷的性能具有 可调控性. 列举了若干例子以证实这是一条行之有效的设计材料的途径. 关键词 氮化硅, a-sialon b -sialon AlN- 多型体 稀土氧化物 相平衡 组分设计 氮化硅基陶瓷是最具有应用前景的高温结构陶瓷. 在结构上, 它是由[SiN ]和[(Si, Al) 4 (N,O) ]作为其基本结构单元, 在一定程度上类似于以[SiO ]为结构单元的硅酸盐. 氮化硅陶瓷 4 4 的主要特征是 Si-N 键的高度共价性, 这使氮化硅陶瓷具有优异的性能, 但是, 高度共价性使 Si 和 N 的扩散系数, 即使在高温下都很低, 这导致氮化硅陶瓷难以烧结. 结构陶瓷只有在达 到完全致密时, 才能显示其优异的力学性能, 因此烧结添加剂的选择至关重要. 由此可见, 组 分设计是发展高性能氮化硅基陶瓷的基础. 相关系研究的重要性在于能为选择有效的烧结添 加剂 控制晶界相以及设计复相sialon 陶瓷等方面提供依据. Y O (Ln O )和Al O 已表明是Si N 陶瓷的有效烧结添加剂. 因此, 人们对 Si-Al-O-N 系 2 3 2 3 2 3 3 4 [1] [2~6] 统 和 Y-Si-Al-O-N 系统 的相关系首先进行了测定. 中国科学院上海硅酸盐研究所的相平 [5~13] 衡小组对M-Si-Al-O-N(M=Y, Ln, Na, Li, Mg 和Ca)系统的相平衡做了较为广泛的研究 , 在 这一领域中我们与国外的一些实验室建立了协作关系, 共同完成了有关 Y 和 Ln 系统的相关 系. 在 Si-Al-O-N 系统中, 存有-sialon (, Si Al O N ), O-sialon (O , Si Al N O )和AlN- 6-z z z 8-z 2-x x 2-x x +1 多型体(15R, 12H, 2 1R