第2期 祖义忠等：高温高压下a一SiN:的相变 ·219。 过程的大致温度分界线.为了更准确地划分各区域 silicon nitride ceramics.Shandong Ceram,2001,24(3):12 曲线.对5.2和5.4GPa压力条件进行了更深入的 (祝昌华，蒋俊，高玲，等.氮化硅陶瓷的制备及进展.山东陶 瓷，2001,243)：12) 研究，发现在5.2GPa/1200℃，5.4GPa/1150℃条 [3 Gao L.Yang HT.Yuan RZ.et al.Sintering and microstructure 件下开始a→B的转变，在5.2GPal1400℃， of silioon nitride with magnesia and cerium addlitives.Mater 5.4GPa/1350℃条件下a→3转变接近100%，并根 Process Technol,2001.115:298 据前面实验所得结果绘出了Q、α十B及B存在的三 [4 Huang Z Y.Liu X J.Huang L P,et al.Pressless sintering of sil- 相区域，如图4所示.把各点进行曲线拟合，得出 con ritride ceramics with Mg-Al-Si system additives as fluxing a十B与B相界方程为T=2422一197p,a与Q十B相 agent.J Chin Ceram Soc,2004.32(2):139 (黄智勇，刘学建，黄莉萍，等.海加Mg一A一Si体系烧结助剂 界方程为T=2222-197p.其中p为压力，GPa;T 的氮化硅陶瓷的无压烧结.硅酸盐学报，2004,32(2)：139) 为温度，℃. [5 Butler I S.Huang Y.Infrared study of the effect of high extemal 1500 pressures on crystalline asilicon nitride.Appl Spectrosc,1992. 46(8):1303 1400 T=2422-197P [6 Kruger M B.Nguyen J H.Li Y M,et al.Equation of state of 130l B SiN4.J Phys Rev B,1997,55(6):3456 7]Cartz L Joegensen J D.The highpressure behavior of a-quartz, T=2222-197P oxynitrice,and nitride structures.J App/Phys,1981,52(1): 1200F 236 a+B 1100L [8 Akashi T,Saw aoka A B.Dynamic compaction of SigN4 powder. 5.25.3 5.45.55.65.7 J Mater Sci,1987,22(3):1031 P/GPa [9 Darilenko N V,Oleinik G S,Dobrowolskii V D,et al.Mi- crost ructu ral feat ures of the a3 transformation in silicon nit ride 图4A配方中氮化硅在p一T相图中的相界线 at high pessures and tem peratures.Porosk Metall,1992.12: Fig.4 Phase boundaries of silicon nitride in the p-T phase dagram 50 for Scheme A 10 Shen Z Y,Sun J R,Liu S C,et aL.Ultmahigh pressure sintering 3结论 of silicon nitride SigNa)powers.Chin J High Pressure Phys. 1991,5(4):29 (1)添加有Y203一Ab03烧结助剂的a一SN4 (沈中毅，孙继荣.刘世超等.氮化硅(S,N4)微粉的超高压 烧结研究.高压物理学报.1991,5(4)：29 粉体经5.2~5.7GPa.1100~1300℃，保温保压 11]Shen Z Y,Sun J R,Liu S C,et al.Ultmahigh pressure sintering 15min的超高压烧结后，a3相转变开始于1100~ of silicon nitride (SiaN4)ceramics and rare earth oxide.Chin 1200℃之间，其相转变程度随温度、压力的升高均 High Pressure Phys,1993,7(1):3 有所提高，在5.7GPa/1300℃时，已发生完全的相 (沈中毅，孙继荣，刘世超，等.氨化硅(SN一稀土氧化物 转变.超高压与常压相比，降低了相变温度，缩短了 陶瓷的超高压烧结研究.高压物理学报，1993.7(1)：3) 相变时间. L12 Gasch m J.Wan J,M ukherjee A K.Preparation of a SigN/SiC nanocom posite by high-pressure sintering of polymer precursor (2)相转变完成的烧结样品由长柱状BSN4 derived pow ders.Scripta Mater,2001.45:1063 晶粒组成，各晶粒间相互交错、结构致密，显微结构 13]Tang C X,Tang J Y,Yao H,et al.Ultrahigh pressure sinter 均匀，断面有明显的晶粒拔出现象. ing of silicon nitride ceramics with Y203-Al203 as additives.J (3)在本研究的压力温度范围内，经实验数据 Chin Ceram Soc,2007,35(7):828 拟合得到：在Si3N一Y203一Al03体系中，氮化硅的 (唐翠霞，唐敬友，姚怀，等.添加Y20厂A03烧结助剂的 氮化硅陶瓷的超高压烧结.硅酸盐学报，2007,35(7：828) a+B与B相界方程为T=2422-197p,a与a十B相 [14 HeC Z.Xi X R.Meng Q E.et al.Experimental Technology 界方程大致为T=2222-197p. of X-ray Diffraction.Shanghai:Shanghai Science and Technob gy Press,.1988:152 参考文献 (何崇智，郗秀容，孟庆恩，等.X衍射实验技术.上海：上海 [1]Mamor U M,Gunter P.Recent prgress in silicon nitride and sil- 科学技术出版社，1988152) icon carbide ceramics.MRS Bull,1995.20(2):19 15]Sarin V K.On the a-toB phase transformation in silicon nitride. [2]Zhu C H,Jiang J.Gao L,et al.The fabrication and progress of Mater Sci Eng,1988.105/106:151过程的大致温度分界线.为了更准确地划分各区域 曲线, 对 5.2 和 5.4 GPa 压力条件进行了更深入的 研究, 发现在 5.2GPa/1 200 ℃, 5.4 GPa/1 150 ℃条 件下开 始 α※β 的 转 变, 在 5.2 GPa/ 1 400 ℃, 5.4 GPa/1 350 ℃条件下 α※β 转变接近 100 %, 并根 据前面实验所得结果绘出了 α、α+β 及 β 存在的三 相区域, 如图 4 所示.把各点进行曲线拟合, 得出 α+β与 β 相界方程为 T =2 422 -197p ,α与 α+β 相 界方程为 T =2222 -197p .其中 p 为压力,GPa ;T 为温度, ℃. 图 4 A 配方中氮化硅在 p-T 相图中的相界线 Fig.4 Phase boundaries of silicon nitride in the p-T phase diagram for S cheme A 3 结论 (1) 添加有 Y2O3-Al2O3 烧结助剂的 α-Si3N4 粉体经 5.2 ～ 5.7 GPa 、1 100 ～ 1 300 ℃、保温保压 15 min的超高压烧结后, α※β 相转变开始于 1 100 ～ 1200 ℃之间, 其相转变程度随温度、压力的升高均 有所提高, 在 5.7 GPa/1 300 ℃时, 已发生完全的相 转变.超高压与常压相比, 降低了相变温度, 缩短了 相变时间 . ( 2) 相转变完成的烧结样品由长柱状 β -Si3N4 晶粒组成, 各晶粒间相互交错 、结构致密, 显微结构 均匀, 断面有明显的晶粒拔出现象 . (3) 在本研究的压力温度范围内, 经实验数据 拟合得到:在Si3N4-Y2O3-Al2O3 体系中, 氮化硅的 α+β 与β 相界方程为 T =2 422 -197 p, α与α+β 相 界方程大致为 T =2 222 -197 p . 参 考 文 献 [ 1] Mamor U M, Gunter P.Recent progress in silicon nitride and sil￾icon carbide ceramics.MRS Bu ll, 1995, 20( 2) :19 [ 2] Zhu C H, Jiang J, Gao L, et al.The fabri cation and progress of silicon nitride ceramics.S handong Ceram , 2001, 24( 3) :12 ( 祝昌华, 蒋俊, 高玲, 等.氮化硅陶瓷的制备及进展.山东陶 瓷, 2001, 24( 3) :12) [ 3] Gao L, Yang H T, Yuan RZ, et al.S intering and mi crostructu re of silicon nitride w ith magnesia and cerium additives.J Mater Process Technol, 2001, 115:298 [ 4] Huang Z Y, Liu X J, Huang L P, et al.Pressless sintering of sili￾con nitride ceramics w ith Mg-Al-Si system additives as fluxing agent .J Chin Ceram Soc, 2004, 32( 2) :139 ( 黄智勇, 刘学建, 黄莉萍, 等.添加 Mg-Al-Si 体系烧结助剂 的氮化硅陶瓷的无压烧结.硅酸盐学报, 2004, 32( 2) :139) [ 5] Bu tler I S, Huang Y.Infrared study of the effect of high external pressures on crystalline α-silicon nitride .App l S pectrosc, 1992, 46( 8) :1303 [ 6] Kruger M B, Nguyen J H, Li Y M, et al.Equation of state of α- Si3N4 .J Phys Rev B, 1997, 55( 6) :3456 [ 7] Cartz L, Joegensen J D .The high-pressure behavior of α-quartz, oxynitride, and nitride structures.J Ap pl Phys, 1981, 52( 1 ) : 236 [ 8] Akashi T, Saw aoka A B .Dynamic compaction of Si 3N4 powder . 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