高熵硼化物含量对Si3N4陶瓷显微结构与性能的影响

氮化硅(Si3N4)陶瓷具有广泛的工业应用潜力,但其硬度和断裂韧性往往难以兼顾,这会限制到Si3N4陶瓷的应用.为了获得兼具高硬度和高韧性的Si3N4陶瓷,以高熵硼化物(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Cr0.2Ti0.2)B2为添加剂,使用放电等离子烧结法在1600℃制备了Si3N4陶瓷材料.研究了(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Cr0.2Ti0.2)B2对Si3N4陶瓷的相组合、致密度、显微组织和力学性能的影响.结果表明:与未添加(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Cr0.2Ti0.2)B2的Si3N4陶瓷相比,在较低的烧结温度下(1600℃),仅添加1.0％(体积分数)的(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Cr0.2Ti0.2)B2就能将β-Si3N4的质量分数从38％提高到53％,获得双峰显微结构.因而,Si3N4基陶瓷的断裂韧性从(5.4±0.3)MPa·m1/2提升到(6.9±0.2)MPa·m1/2,而硬度维持在(20.2±0.2)GPa.随着高熵硼化物的含量增加到2.5％和5.0％,Si3N4基陶瓷致密度降低且相变进一步增加,导致硬度降低.