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Anisotropic, biomorphic cellular Si_(3)N_(4) ceramics with directional well-aligned nanowhisker arrays based on wood-mimetic architectures

引用

Journal of Advanced Ceramics 2022年第4期11卷 656-664页

作者： Songsong XU Xiaonan ZHOU Qiang ZHI Junjie GAO Liucheng HAO Zhongqi SHI Bo WANG Jianfeng YANG Kozo ISHIZAKI State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials Xi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China High Voltage Switchgear Insulation Materials Laboratory of State Grid Pinggao Group Co.Ltd.Pingdingshan 467001China Department of Mechanical Engineering Nagaoka University of TechnologyNagaoka 940-2188Japan

Inspired by the transport behavior of water and ions through the aligned channels in trees,we demonstrate a facile,scalable approach for constructing biomorphic cellular Si_(3)N_(4) ceramic frameworks with well-aligned nanowhisker arrays on the surface of directionally aligned microchannel *** a facile Y(NO_(3))_(3) solution infiltration into wood-derived carbon preforms and subsequent heat treatment,we can faultlessly duplicate the anisotropic wood architectures into free-standing bulk porous Si_(3)N_(4) ***,α-Si3N4 microchannels were synthesized on the surface of CB-templates via carbothermal reduction nitridation(CRN).And then,homogeneous distributed Y–Si–O–N liquid phase on the walls of microchannel facilitated the anisotropicβ-Si3N4 grain growth to form nanowhisker *** dense aligned microchannels with low-tortuosity enable excellent load carrying capacity and thermal conduction through the entire *** a result,the porous Si_(3)N_(4) ceramics exhibited an outstanding thermal conductivity(TC,k_(R)≈6.26 W·m^(−1)·K^(−1)),a superior flexural strength(σ_(L)≈29.4 MPa),and a relative high anisotropic ratio of TC(k_(R)/k_(L)=4.1).The orientation dependence of the microstructure–property relations may offer a promising perspective for the fabrication of multifunctional ceramics.

关键词： silicon nitride anisotropic carbothermal reduction nitridation(CRN) wood nanowhisker arrays

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