Механічні та діелектричні властивості кераміки на основі Si₃N₄

Анотація

Досліджено вплив активуючих спікання добавок Y₂O₃, SiO₂–Y₂O₃ на механічні та діелектричні властивості керамік Si₃N₄ та Si₃N₄–BN, консолідованих методом іскроплазмового спікання. Швидкість нагрівання 50 °С/хв та тиск пресування 35 МПа підтримували сталими. Час витримки при температурі спікання 1800 °С варіювали залежно від складу оксидних добавок. Виявлено, що кераміка Si₃N₄–BN з додаванням Y₂O₃–SiO₂ демонструє на 30% нижчі механічні властивості (твердість, тріщино­стій­кість) порівняно з кераміками Si₃N₄–Y₂O₃ або Si₃N₄–Y₂O₃–SiO₂. Показано, що в діапазоні температур від 20 до 900 °C кераміки на основі Si₃N₄ демонструють резистивність до деформації. А саме, кераміка Si₃N₄ з оксидними добавками Y₂O₃ або Y₂O₃–SiO₂ має середню міцність ~950 та ~820 МПа відповідно, а кераміка Si₃N₄–BN демонструє міцність на рівні 490 МПа. Підвищення температури від 1000 до 1400 °C веде до поступового зниження міцності на згин всіх досліджуваних керамік до ~200 МПа. Отримана міцність при кімнатній і підвищеній температурах, твердість за Віккерсом ~14 ГПа і 15,5 ГПа і тріщиностійкість ~7,7 МПа · м^1/2 відповідають сучасному рівню вимог до цієї кераміки. Радіочастотними вимірюваннями показано, що для щільної кераміки на основі Si₃N₄ характерною є діелектрична проникність на рівні 8. Додавання 10% (мас.) BN знижує діелектричну проникність композита на ~8%. Крім того, залишкова пористість ~10% додатково знижує діелектричну про­никність композита Si₃N₄–BN на ~13% (ε ~ 6,3). Зниження діелектричної проникності позитивно впливає на радіопрозорість матеріалу. Тангенс кута діелектричних втрат досліджуваних керамік не перевищує 2 · 10^–3.