以微米级α-Si3N4、SiO2、Al2O3和h-BN为原料,通过反应烧结法合成了O'-SiAlON-BN复合材料(Si2-zAlzO1+zN2-z的z=0.3).首先在n(SiO2)/n(α-Si3N4)＝1的理论配比,1700 ℃保温2 h的条件下对比研究了Y2O3+TiO2和Y2O3+B2O3两种混合烧结助剂对该复合材料的助烧效果.结果表明:Y2O3+TiO2作为烧结助剂比Y2O3+B2O3有更好的促进烧结作用,且复合材料的相对密度随着BN(分别为10%,20%和30%)的增加而降低;XRD分析发现,α-Si3N4、SiO2原料在理论配比的情况下,会导致β-Si3N4相剩余,为了得到O'-SiAlON和BN相含量高的复合材料,需要加入过量的SiO2.根据此研究结果,在以Y2O3+TiO2作烧结剂,BN加入量为10%的条件下,通过4因素3水平(因素水平如下:A--n(SiO2)/n(α-Si3N4),取1.05、1.1、1.2;B--烧结助剂加入量,取2%、4%、6%;C--烧成温度,取1600 ℃、1650 ℃、1700 ℃;D--保温时间,取1 h、2 h、3 h)的正交试验确定了影响O'-SiAlON-BN复合材料烧结性能的主要因素依次为烧成温度、保温时间、烧结助剂加入量、n(SiO2)/n(α-Si3N4),合成的复合材料相对密度最高的工艺参数组合为A3B3C3D3;利用统计模式识别方法对合成O'-SiAlON-BN复合材料的工艺条件参数进行了优化,得到的优化区为:Y＞1024X2-230.400X+11.088(其中,X=0.9999A-0.0006C-0.0163D,Y=0.0163A+0.0009B-0.0014C+0.9999D),在此优化区内,复合材料中全部为O'-SiAlON和BN相,无残留β-Si3N4相.
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