Transcript
Page 1: Fabrication and characterization of machinable Si3N4/h-BN functionally graded materials

���������� � ���������� ���� �� ������������������� ���������� ���� ���������

��� �������� � ���� !�� "��� "��� #����� ��� #�����

����� ��� ��� ��� ������� ��� ���� ���������� ���������� ��������� �������

��� ������������ ������ � !��"������� #��$��� %&&&'(� �) ����

$�������%

�����&� '( ��&����� '))*+ ����,�� ** -,��� '))'

��������

- �. ���� ����� �� ��������� ������� ���,������ .�� ,��,���� .���� �,,���� ���

�������������� ����,� �� ��� ���� ����������� ����� ��������/ ������ ��������0�����

���� ����� $����% ���������� ���� ��������� $�1#�% .��� ��������� �� ��� ,������ ��

*23)�! ��� ' �� &����� ��� ������� �� ��� ����� �� ��0����� �� ���� ,�.�� �������

�����/ 4�� ��,��&� ������������ �� ���������� ���,����� �� �� ��������� �� ����� ��

������ ��������� ��0����� ��/ 5�0����� �� ,�������� �0������ ����&��� ,���� ,��,��

������ �� ��� ���0��/ 6��� �� ������� �,�� � ����� �� ������� �������7��+ ����

&����� ����� �� ���� �������� � ����� ��,��� ����� ������ ������������/ ���� ���� ��

��,��&� ��� ������������ �� ���,������ � �� ��� ���� ���� �� ��7� ��� ���������

,��,������ �� ����� ������� �� �� �� �����8�� �������/ 4�� ��0���� �� ���� � ������� .��

�����&� ���� ��� ,������ �������/ � '))' 6���&��� ������ 9�/ -�� ������ �����&�/

�������* -/ ������+ �/ #���������+ !/ !������+ :/ #�������������

� ���� ������

#������ �� ������� �� � ��&������ ��;������� ��� <�0���� ��� �� �&������������ ��,������� ��� ���������� ��������/ 5�.�&��� �0������� ���� ������ ���������� ��7�� ��&������ ������� &��� ��8���� �� �&� ��,�������/ = ���

,��� ������ � ��� �� ���������� ��&� ��� ������ � ��� ��,��&���� �� �������� ������������ >*?�@/ 1�������� �.� ������ .��� ��� � ��,��&�� ���

#�������� �������� ������� �2 $'))'% *'(A?*'22

))'3�3�)B�)'�C ? ��� ���� ������ � '))' 6���&��� ������ 9�/ -�� ������ �����&�/

==D � ) ) ' 3 � 3 � ) B $ ) ' % ) ) 2 2 � � )

� !�����,��� ������/ 4��/D �B(�*)�('22�'B3A+ ��0D �B(�*)�('22�**()/�+���� �������* ��.��AAE�����/�������/��/� $�/ ������%/

Page 2: Fabrication and characterization of machinable Si3N4/h-BN functionally graded materials

������������ �� ������� ���������/ F� ����� �� �� ������� � .��7 ��������,���� �� ������ ��������� �������� � �����0 �� ���������� ����7 �<����� �

,��,������ ���� �������/ 4��� ����� �� ��� ���,�� ��������� ���������� ���� �� ������������ ������������� >3@/ 4�� ����� �� �������������������� .���� �� �� �,���� � ������������ �� �������� �� �G����� ��� ����������

�� ,����� ,������� � ������������ �������������� � ��������������� ���� ��,����� �������� ���� ��������� �������� >(@/

= ���� .��7� ��0����� ���� ����� $����%� .���� ��� �0������ ������������ ���� � ,�������7� ��������� ������� �� ���� �� ���,����� .�� ������ .��� ������ ����� ����,��&� ������������ �� ���,�����/ - ��������� ���������� �1# .�� �����

� ���������/ -� ��� ���� ����� ���������� ������� ���,������ .��� ���� ���,������� � ��������� ���� ,������ � &������ �� ��������� ,��,������ ���� �� �����������7 ���������� ��. ������� ����8����� � ������ ��������� �� ����� ������/

���/ * ����������� ��� ���� ����,� � ������ �,������ �� ������������ �����������1#/4�� ��.������7��������������� �� �1#� ��� ���������� �� ���������,������/ 4�� ���� ����� �� ��� ���������� �1# �� ,��� �����+ ��� ���� �����

�� ���� ������� ��������� �� �.� ����/ -� ��� ������ �� ��� ������� ���������.��� ���� � ������ ���������� ���,������ �� �� ������ ���� ������ ������

�����/ ����� �������� ���� �� ���� � ��������� � ���������� ���� ������������������� ���,������ .���� ���� �� ,����� ������ ���� ��� ������ �����������/����� ��� ����� ,��� �� ��� ��������.��� ������ ������ ��� �&������ ���� ��

��� �������� ������� � ����� ��������� ,��,������ �� ����� ���� �����/

� ������������

,-%- ��������� ���������� ��� ���������

= ���� �0,������� ������� ,�.��� $������ )/2*?*/' ��� ����� !�/� !���+ ����� )/3� ��� 1H �.�� =�������� !���% .��� ��� �� ��. ���������/ -������

���/ */ ��������� ����������� � ������ �,������ �� ��������� ���������� �1#�/

*'2) .- ) ����� �� ��- /��������� )������� # ������ 01 2,&&,3 %,456%,11

Page 3: Fabrication and characterization of machinable Si3N4/h-BN functionally graded materials

�� ��� ������� ,��,����� �� ����� � ���� .��� B .�IH'F�?' .�I-�'F� $H'F�?

-�'F�� JAA/3I� 1�=�#� !���% �� ������� ���� ��� ��0���� .��� ���������.������ ��0� � ����� � � ������ ���� .��� ������� ��� �B �� ��� ��� ��B)�! � ���&� ������� � *)) ���� ���&�/ 4�� ���������� ,������ �� ��� ���������

���������� �1# �� � ,�.���������� �����/ 4�� ,�.��� .��� ,�� ��� � ����� ���������������� � ����,����� ��� ������ ���,��� $� 3)��� *) ��% ��

*)) # �/ 4�� ���,������ ������ �� �����������/ ���� ��� ���� ����� �� ��������� ��� &����� �� ���� �� )� 3� *)� *3� ')� '3 &��I/ 4�� ����7��� �� ���� ����� .������ �� ��� �;�����

�7� � 7

� ��

$*%

.���� $7% �� &����� ������� �� ���� �� ��� ,������ 7� � ��� ������ ����������

�0,��� � � �� ��� ����7��� �� ��� ������ �����/ = ���� �0,������� ��� ����7����� ��� ������ ����� �� ����� * ��/ 1��� ���,���� .��� ������ �� *23)�! ��� ' ���� ,������� �� '3 # � � � ������ �����,����/ 4�� ����� ������ ����7��� �� ���

���� ���,����� .�� ( ��/

,-,- ���������8���� ��������� ��� ������� �� ��

K�: .�� ������ ��� �� ���� ���,������� ���� � K���� ������������� $#���-������� :�#�0���� "�,�%/ 4�� L��7��� �������� .��� ��� � ,���������,��� �� ���� ����� .��� � ��� �� 3 7� ��� ��� *3 �/ #�������������� �� ��������

������� �� ���������� �1# .��� ������� ���� ����� ����� .��� �����&� �������� ������� ��������,�� ���� 5������ �6#��3)/ 6����� ���������� $������� ��� � � �% � ��� ,��8�� �� ���� ���������� ���,������ .�� ���������� � ��

��������� ���� ����� ������� ��������,� $"�6�(�)*�%/4�� ������������ �� ��� �,����� .�� ����� ���� ������ ������ �����/ 4��

������ ����� .��� �� ���� � ����� ���� ,���� �,������ �� '3)) �,� .��� � ��,

�� .���� ,���� � ��� ���� ��, �� ��� ������ �� ���� ��/ !���������������������������� �� ��� ���� ��������� .��� ���������� �/ 4�� ������������� .���

,������ �� � )/3 �� 8��� ���� ������ ���������,��� �����;���� � .��� ��������� ������ �����&�� � � �,����� ��������,� $F���,�� �M�*' :� 9�9� "�,�%/

� ������� �� ���������

0-%- ���������8���� ��0�(/�+#� �9�

���/ *$�% � $�% ���.� �������������� ��������������� �� ��� ��������� ���&����� ��������� .��� ������ �0,��� � � * � � � '� ���,����&���/ 4�� ������������� ��� ������ &������ � ����� ��������,��/ ���� ��� ��������� �� ��� ������

� ��� ������ � ��� ��������� �� ��� ��������������� .���� ��&���� ������/ #�����,�������� ��� ��� ���7 �� ��������� � �� ��&��� ������ �� ��� ���������

.- ) ����� �� ��- /��������� )������� # ������ 01 2,&&,3 %,456%,11 *'2*

Page 4: Fabrication and characterization of machinable Si3N4/h-BN functionally graded materials

���/ '/ 6����� �������������� ,��8�� �� ���������� ���������� ���� ��������� .��� ������

�0,��� � � ' ���� ���� ����� �� ��� �����/

*'2' .- ) ����� �� ��- /��������� )������� # ������ 01 2,&&,3 %,456%,11

Page 5: Fabrication and characterization of machinable Si3N4/h-BN functionally graded materials

��������/ 4�� ������ ����8����� ��������������� �� ,��� ����� $���� �����%

���.� ��� ���8�����/ #��� ����� ������ ,�������/ ���/ ' ���.� ��� ������ �������� ��� ����� �� �1# ���� ���� ����� $,��� �����% �� � ����� $'3 &��I����������%/ 4��� ��8��� ��� ���������� �� ���� � ��� ���������� �1#/

0-,- ��7� �� �+#� ��� �+��0�(

4�� �,,������� �� � ����� ,��,������� �� ��� ��, ������� ���� ����,������

������� � ��� ��������� ���.�� �� ���� � �������/ ���� ��� K�: ������� ������0��� ���� � ������� ��0����� � ���� ���,����� ,������� � ,��,������� �� �������,������ �������/ ���/ � ����������� ��� K���� ��������� ,������ �� '3 &��I

���� ����� �� ��� ���������� �1#/ F�� ���� � ������� ,���� .�� ���� ���� ���,������/ - �0������� �� ��� ��������� ,������ ��� ��� ����,����� ���,��� ��� ��� � ��, ����� ��&���� ���� ��� ������&� ������� ��� ��� $) ) '% ,��7 ���

���� � ����� �� $* ) *%�$' * )% ��� ������� ��� ������� � ���� �.� �������� .�������8����� ������� ������� � ��� ��, ������� ��� � ��� ��� �������/ ���� ��0����

�� ���� �� �����&� � ��� �������������� ,�������,��/

0-0- :��;���<� �������� ��0�(/�+#� �9�

4�� ������ �� ���� ����� � L��7���N� ������ �� ���� ����� �� ���������� �1#

.�� �&��������/ 4�� L��7��� ������ �� ���������� ����� ������� .��� ������������ &����� ������� ���� ���� ����� �� ��� �����/ 4�� ������ �� ����������.��� '3I ���� &����� ����� �� �� ���� �� =L � 3�(2 1 �� .���� ������� ���

��;���� �� �������/ 4�� ������ �� ����� �� ��� ��������� ���� ������������� >3@

���/ �/ K�: ,������ ��7� � ��� �������� ,������� � ,��,������� �� ��� ����,������ ������� ���

������ ���������� �1#� �� '3 &��I ���� �����/

.- ) ����� �� ��- /��������� )������� # ������ 01 2,&&,3 %,456%,11 *'2�

Page 6: Fabrication and characterization of machinable Si3N4/h-BN functionally graded materials

$� 1 �% � ������ ������ ���,��� 4����!' >2@ $�?3 1 �%/ 6��� ����&��� �� �����,��� �� ���� ,�������� ������ ������ �� ������� .��� ���� ����� �� ���. ����/ �/ -���.��� ��� ����� �� ����� � ����, ������� � ��� ������ �� ����������

���,������ ������ �� �� ��� ������ ��� .��7 ��������� ����� �� ��� �������������/ -� � .��7 ,����� ��� ����� �� ���� .��� ���8� ��� ����7 �<����� ������ ��� ������ �� ���,�����/ - ��,����� ����� �� ���� ��� ���������� �� ��� ��

���8���� �� �� ��� ���� ������ .���� ����� ��� ,���� � ��� ��������������/

0-(- ������������� ��0�(/�+#� �������� ��� �9�

- &������ �� ������ ��&� ��� ����� � �� ��,��&� ��� ������������ �� �����

��������� ������ ,����� �������� � �������������� ���� $��������� ��� ������� ��������������� ���/%/ = ���� �� ������ ��� ��� ������������ �� ���� � ���

�0������ ��������� ,��,������ �� ����� �� ���� ���� ���,�������� � �������,��������� � ���� ���������� ������� ���,����� .�� �&���,� � ���� .��7/= ������� ���� � ������� �� �&������ ,��,������� �� ��� ������/ =� �� �� ���

���� ��� ������ �� ���� ���������� ���,����� ����� �������� �������� .��� ����������� ���� �����/ 4�� ������ �� ���������� .��� '3I ���� &�����

����� �� �� ���� �� =L � 3�(2 1 �� .���� ������� ��� ��;���� �� �������/ ���/ 3���.� ��� .���� �,����� ������ �� ��������� '3 &��I ���������� � ���������� �1# ���� � ������ ������ ����/ -������ �� ��� ������ ����� �

�0,������ �������� ��� ������ �� ') � '3 &��I ���� ����� �� �� ���������� ������ ������ �����/ #����&��� ��� �������� �,��� .���� �� �� ������������� �� �� ����� �� �G����� ��� ����7��� �� '3 &��I ���� �����

������� �� ��� ��;������� �� ��� �������� �,,�������/ 4�� ��������� ����&��

���/ �/ 6������ �� ��� ���� ����� � ��� ������ �� ���������� �1#/

*'2� .- ) ����� �� ��- /��������� )������� # ������ 01 2,&&,3 %,456%,11

Page 7: Fabrication and characterization of machinable Si3N4/h-BN functionally graded materials

�������� �� ���������� ���,����� ���� ������ ����� �� ���� � ��� ����&��� ��

������ ���� ����� ��������/ :���� ������� ��� ����&��� �� ���� �������� ������ ���������� �� ��� ���,����� � � ��������,�� ����� � ����.� ,�.��� ���,� �� ����������� ��&�� ���� �� ��� ������������/ 4�� ����������� ,������� �� �� ��������� ��

������ ����� ��� ��,��&���� �� ������������ ������� �� ,��&���� ���.�� ������7� ��������� .��� �������/ #����&��� �� �,,���� ���� ��� ���� ,����� ����������� .��7�� � ���� ��������� �� �������/

0->- ������� �� �� �"� ��� ��0�(/�+#� �9�

���/ ( ���.� ��� ���� ����� ��������������� �� ������ ���������� �1#/ �6#��������,�� �� �������� ������� ,������� �� ��� ,������ ������� ��8�� ��� ,�������

��������� �� ���� ,����� � ��� ����,����� ���� ���,������/ - ������� ,���������������� �� ���� ����� � ����,����� ���-�'F� >B@� ��!��� >A@� ����0��

������� >*)@� � ����'F� ��� ,��&������ ��� �����&�/ - ����� ���������������,� �� ��� �������� �������������� ������� ���.� ��� ,������ �� ��������������� ����� .��� ���� ��,��� ����� �� ��� ��������� �����/

6��� �������������� �� ���,����� ���.� ��� ������ ������� ��������� � ���,���������� ��������� �� ��� <�7� ���� ����� .��� ��� ,���� ,���� ,��,��������� ��� ��� ,������ �������� .���� ��� �� �� �� ��� ������� �� ��� ���� <�7��

���� ��� &������ <�. �� ��� ����� ,���� ��� ��� ,������/ ���� ��� � ��������������� ������� �� ���,����� .��� � ����� ���� .���� ���� ����� � � .��7

���� ���.�� ��� ������/ ��� � ����7 ��, ����� ��� ���� ����� �� .��� ,��,����������� ���� ��� �������� ���.�� ��� ����� � ���� ����� �� ���� ��� ���������.���� ��� ���� �����/ �������� ��� ����7 �<����� � ,��,������ ������ ����

<�7� ��� ��8���� ������� �� ��� ����� ���� .���� ���� ����� �� ��� ���� �����/4�� �������� ������� �� ��� ���,����� ���.� ����� ������ �� ����7 �<������,�������� � ����&��� ����7�� �� ��� ���� �����/ -�� �� .���� �0,���� ���

��,��&���� �� ������������ �� ���������� �1#/

���/ 3/ 5��� ����� .��� ������ ������ ���� � ��������� '3 &��I ���������� ���,����� �

���������� �1#/

.- ) ����� �� ��- /��������� )������� # ������ 01 2,&&,3 %,456%,11 *'23

Page 8: Fabrication and characterization of machinable Si3N4/h-BN functionally graded materials

� ����������

��� ������������ � ���� ������� ���� ,������� ��� ,������� �,,������� ������� ��������/ !������ ��� �0������ ������� � ��������� ,��,������ �� �����

.��� ��� ������������ �� ����� � ��������� ���������� �1# .�� ����� �

���������� � ��� ,��,������ �� ����� �1#� .��� 8��� �&��������/ =� .�� ���. ����

���/ (/ �6# ��������,�� �� ���������� �1# �� ������� ����� .��� ���� ���� ������ ���.��D

$�% ����� �����+ $�% 3 &��I ���������� �����+ $�% *) &��I ���������� �����+ $% *3 &��I ����������

�����+ $�% ') &��I ���������� �����+ $�% '3 &��I ���������� �����/ 4�� 5 ������� ������,�� ��

��� ����,������ �������/

*'2( .- ) ����� �� ��- /��������� )������� # ������ 01 2,&&,3 %,456%,11

Page 9: Fabrication and characterization of machinable Si3N4/h-BN functionally graded materials

������ �� ���������� ���,����� ����� ������� .��� ��� ������� �� ���� ������

.���� �� �&�������� �� ��� ������������ �� ���������� ���,������ � �1#/ -���� ���� ����� �� �� .��� 7�. ���� ��� �����7���� ,��,������ �� ���������� ��� ������������ ��������� �� ����� ������ ���� ������� ����7 ��������� � �0������

������������� .���� ������� ������&��� ���� �������/ 4���� ���������� �1# ��� �&������ �� �,,�������� � �������� 8��/

����������

>*@ :/1/ 1������� "/ -�/ !����/ ���/ 33 $*A2'% ��(/

>'@ #/�/ �������� 4/ 6�������� "/ -�/ !����/ ���/ 2A $*AA(% *A3�/

>�@ �/ / ������ !/"/ 6&��� 5/5/O/ K� �� ��/� "/ -�/ !����/ ���/ 2B $*AA3% '*3/

>�@ O/ !������� H/ -7���� "/ !����/ ���/ ",/ *)( $*AAB% **�3/

>3@ 5/5/O/ K�� �/ "������� "/ -�/ !����/ ���/ 2B $*AA3% �A2/

>(@ �/ �� �/1/ ��� �� ��/� ���� #���� #����/ 6�/ 'A $')))% B�/

>2@ 4/ 6�������� �/ !��7�������� #/�/ �������� "/ 6��/ !����/ ���/ ') $')))% '(*A/

>B@ :/ 1��������9����� 1/ ������� �/ 4��&���� "/ #����/ ���/ 9���/ 3 $*AB(% A�)/

>A@ �/ ���� 9/:/ ������ :/ /5/ 5�������� "/ -�/ !����/ ���/ (2 $*AB�% !B�/

>*)@ �/�/ 4����� "/�/ 5������� "/ -�/ !����/ ���/ B' $*AAA% '3(�/

.- ) ����� �� ��- /��������� )������� # ������ 01 2,&&,3 %,456%,11 *'22


Recommended