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氧化物助烧剂在高性能氮化硅陶瓷制备方面已被充分研究,本文针对未被外界探讨的稀土氯化物(ReCl3)助烧剂的作用机理进行分析。改变ReCl3种类、LaCl3/MgO配比以及La2O3/LaCl3配比,通过表征试样的密度、形貌、物相、热导率以及力学性能等,揭示ReCl3对氮化硅陶瓷烧结行为及性能的影响。本文重点研究了稀土氯化物助烧剂种类ReCl3(Re:La、Nd、Gd、Yb)对氮化硅陶瓷烧结行为与性能的影响。实验时ReCl3与MgO的添加量分别为5wt%与3wt%,采用放电等离子烧结工艺在1600°C保温5分钟进行烧结,然后再在1900°C保温3小时进行热处理的方法制备氮化硅陶瓷。研究发现,SPS烧结过程中氮化硅颗粒的溶解-析出过程主要发生在1300~1500°C时,稀土氯化物对烧结的促进作用与稀土元素离子半径有关,稀土离子半径越小,越有利于烧结。热处理阶段,Mg元素含量减少,Cl元素基本消失,导致样品的密度有所下降。氮化硅完成α→β相转变,形成β-Si3N4柱状晶,残余的Re-Mg-Si-O液相聚集于β-Si3N4柱状晶之间,形成晶间相。添加稀土氯化物烧结助剂可以获得具有优良的机械性能和良好的导热性能的氮化硅陶瓷。接下来固定LaCl3-MgO总添加量8wt%不变,来研究烧结助剂配比对氮化硅陶瓷烧结以及性能的影响。结果发现,只添加LaCl3可以显著降低α→β相转变温度,但是只有在含一定量MgO的情况下,才能促进氮化硅陶瓷的烧结。热处理后,Mg、Cl元素的挥发导致试样密度降低。改变LaCl3/MgO配比虽然不能阻碍元素的挥发与晶间相的生成,但是对试样的热导率与力学性能影响却很大,在LaCl3:MgO为5:3与4:4时,试样的综合性能最好。考虑到LaCl3助烧剂中Cl的挥发,尝试用La2O3代替部分LaCl3来提高试样的性能。实验中固定MgO含量为3wt%不变,La2O3-LaCl3含量为5wt%不变,改变La2O3/LaCl3配比来制备氮化硅陶瓷。结果发现,同时添加LaCl3与La2O3以及MgO烧结助剂可以降低样品的烧结开始温度。随着La2O3添加量的增多,致密化烧结温度逐渐降低。相比LaCl3,La2O3可以促进氮化硅陶瓷样品在高温热处理过程中的烧结,部分弥补含Mg化合物烧蚀所带来的密度下降,因而具有较高的密度。再加上La直接和氮化硅反应导致β-Si3N4柱状晶表面被腐蚀,形成晶格缺陷,添加LaCl3样品的热导率和抗弯强度低于只添加La2O3和MgO的样品。