Design strategy of phase and microstructure of Si 3N 4 ceramics with simultaneously high hardness and toughness

材料科学 微观结构 断裂韧性 放电等离子烧结 烧结 相(物质) 陶瓷 等轴晶 粒度 氮化硅 韧性 晶粒生长 复合材料 冶金 分析化学(期刊) 有机化学 化学 色谱法
作者
S.Y. Tang,Wei‐Ming Guo,Shi‐Kuan Sun,Hua‐Tay Lin
出处
期刊:Journal of Advanced Ceramics [Springer Science+Business Media]
卷期号:12 (1): 122-131 被引量:28
标识
DOI:10.26599/jac.2023.9220671
摘要

Aiming to achieve silicon nitride (Si3N4) ceramics with high hardness and high toughness, the relationships among phase composition, microstructure, and mechanical properties of Si3N4 ceramics prepared by spark plasma sintering (SPS) at temperatures ranging from 1500 to 1800 ℃ were investigated in this study. Two stages with different phase and microstructure features were observed and summarized. The α–β phase transformation occurs first, and the development and growth of grains lag behind. During the first stage, the average grain size remains basically unchanged, and the hardness maintains at a value of ~20.18±0.26 GPa, despite the β-Si3N4 phase fraction increases from 7.67 to 57.34 wt%. Subsequently, the equiaxed grains transform into rod-like grains with a high aspect ratio via the reprecipitation process, resulting in a significant increase in the fracture toughness from 3.36±0.62 to 7.11±0.15 MPa·m1/2. In the second stage of sintering process, the fraction of β-Si3N4 phase increases to 100.00 wt%, and the grain growth also rapidly occurs. Thus, the fracture toughness increases slightly to 7.61±0.42 MPa·m1/2, but the hardness reduces to 16.80± 0.20 GPa. The current results demonstrate that the phase contents of β-Si3N4 and the microstructure shall be carefully tailored to achieve high-performance Si3N4 ceramics. Si3N4 ceramics with a fine-grained bimodal microstructure, consisting of the main α- and β-phases, can exhibit the optimized combination of hardness and toughness.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
yujfki完成签到,获得积分20
1秒前
RenL完成签到,获得积分10
1秒前
鑫鑫完成签到,获得积分10
2秒前
奔波儿灞发布了新的文献求助10
3秒前
yoo发布了新的文献求助10
3秒前
诚心的源智完成签到 ,获得积分10
3秒前
二区发布了新的文献求助10
4秒前
NSGB完成签到 ,获得积分10
6秒前
7秒前
new完成签到 ,获得积分10
7秒前
haocong完成签到 ,获得积分10
8秒前
12秒前
13秒前
15秒前
活泼的梨愁完成签到,获得积分10
15秒前
qsw关闭了qsw文献求助
15秒前
朱俊燕完成签到,获得积分10
16秒前
研友_LMyj0L发布了新的文献求助10
17秒前
22秒前
屁颠屁颠_狼完成签到 ,获得积分10
22秒前
彩色的芝麻完成签到 ,获得积分10
23秒前
25秒前
25秒前
26秒前
28秒前
丘比特应助科研通管家采纳,获得10
28秒前
无花果应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
yx_cheng应助科研通管家采纳,获得20
29秒前
东木应助科研通管家采纳,获得20
29秒前
yx_cheng应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
隐形曼青应助科研通管家采纳,获得30
29秒前
梧桐给cvvvvv的求助进行了留言
29秒前
传奇3应助科研通管家采纳,获得30
29秒前
Bryan应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
生动路人应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
zzzzzzzz应助科研通管家采纳,获得10
29秒前
zmy完成签到,获得积分10
29秒前
SYLH应助yujfki采纳,获得10
30秒前
zyy6657完成签到,获得积分10
30秒前
秦月未完完成签到,获得积分10
30秒前
高分求助中
【提示信息,请勿应助】关于scihub 10000
The Mother of All Tableaux: Order, Equivalence, and Geometry in the Large-scale Structure of Optimality Theory 3000
Social Research Methods (4th Edition) by Maggie Walter (2019) 2390
A new approach to the extrapolation of accelerated life test data 1000
北师大毕业论文 基于可调谐半导体激光吸收光谱技术泄漏气体检测系统的研究 390
Phylogenetic study of the order Polydesmida (Myriapoda: Diplopoda) 370
Robot-supported joining of reinforcement textiles with one-sided sewing heads 360
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4010512
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3550312
关于积分的说明 11305427
捐赠科研通 3284689
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1810836
邀请新用户注册赠送积分活动 886556
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 811499