[00122625]Si3N4-MO2-M′xOy（M=Zr、Hf,M′=Ba、Sr或La）反应制备MN陶瓷及相图构建

针对Si3N4-MO2-M′xOy（M= Zr、Hf,M′=Ba、Sr 或 La）系统所包含的Si3N4-ZrO2-La2O3、Si3N4-ZrO2-BaO、Si3N4-ZrO2-SrO、Si3N4-HfO2-La2O3、Si3N4-HfO2-SrO、Si3N4-HfO2-BaO 6个三元系统及在研究过程中所衍生的HfO2-La2O3-SiO2、HfO2-SiO2-SrO 等6个关联三元子系统相关系研究,在热力学计算的基础上对所有系统进行了配方设计,进行高温合成和烧结实验,探索了由 Si-基氮化物（Si3N4）制备 Zr-、Hf-基（ZrN、HfN）超高温氮化物的固相反应机理。即碱土氧化物（如BaO、SrO）或稀土氧化物（如La2O3）的引入能够促进Si3N4与ZrO2或HfO2反应合成熔点更高的氮化物（ZrN或HfN）,并生成一些硅或硅氮氧化物,有利于提高所合成氮化物（ZrN或HfN）的抗氧化性能。具体研究进展及研究结果如下： 1.Si3N4-MO2-M′xOy（M= Zr、Hf,M′=Ba、Sr 或 La）相关系研究及相图构建。 本部分设计了Si3N4-ZrO2-La2O3/BaO/SrO、Si3N4-HfO2-La2O3/BaO/SrO六个三元系统相关系研究,首次构建了SiO2-ZrO2-La2O3、ZrN-ZrO2-La2O3和Si3N4-ZrO2-La2O3-SiO2-ZrN系统相图,如图1.1~1.3所示;首次构建了Si3N4-ZrO2-BaO三元系统和Si3N4-ZrO2-BaO-SiO2-ZrN五元系统在1350℃时的相图,如图1.4、1.5所示;首次构建了Si3N4-ZrO2-SrO三元系统在1500℃和1700℃时相图,如图1.6所示;首次构建了HfO2-SiO2-La2O3三元系统和HfO2-Si3N4-La2O3-SiO2-HfN 五元系统在1500℃ 时的相图,如图1.7所示;首次构建了HfO2-SiO2-BaO-Si3N4-HfN 五元相图,如图1.8所示;首次构建了Hf-Si-O-N-Sr 五元系统1500℃时的五元立体相图,如图1.9所示。 研究发现,Si3N4-ZrO2-La2O3/SrO/BaO、Si3N4-HfO2-La2O3/SrO/BaO三元系统一步反应生成Zr（Hf）N时,La2O3等稀土或BaO等碱土氧化物能够促进Si3N4-ZrO2/HfO2取代反应生成ZrN/HfN,并降低了反应温度,达到新的相平衡而不引起物质流失。首次提出了1350℃~1700℃时的Si3N4-ZrO2-La2O3等6个三元系统和Si3N4-SiO2-La2O3-ZrO2-ZrN等6个五元系统实验相图,在五元系统中ZrN/HfN分别和镧盐、钡盐、锶盐等化合物共存,从而形成许多二元结线、三元共存三角及四元相容性四面体,为组分（配方）设计制备ZrN/HfN复相陶瓷提供理论依据。 2.Si3N4-MO2-M′xOy（M= Zr、Hf,M′=Ba、Sr 或 La）三元反应制备ZrN基复相陶瓷 依据所构建的相图,采用热压（压应力为15MPa）烧结制备ZrN基复相陶瓷,设计了 Si3N4-ZrO2-La2O3三元反应、金属Zr/Ti/Ca辅助Si3N4-ZrO2-SrO三元反应制备ZrN基陶瓷;Hf-Si-O-N-Ba（Sr,La）五元反应制备HfN基复合陶瓷等Zr（Hf）N陶瓷制备路径,获得了固相反应形成的硅酸盐对ZrN、HfN超高温陶瓷高温力学性能及抗氧化性能的作用机制。同时,通过引入SrO、BaO、La2O3等碱土或稀土氧化物构建三元系统,一步反应法制备ZrN、HfN复相陶瓷,寻找Sr2SiO4（2238℃）等高温复合相与ZrN、HfN来复合,从而提高ZrN、HfN陶瓷本身的高温抗氧化性,为制备ZrN、HfN基复相陶瓷提供研究思路。发表相关高水平论文5篇;申请发明专利3项;科学出版社出版专著 1 部;培养硕士研究生3名,本科毕业生12名,其中1名研究生的硕士学位论文获省级优秀学位论文。