氮化硅陶瓷简介

氮化硅陶瓷
摘要：氮化硅陶瓷是一种具有广阔发展前景的高温，高强度结构陶瓷它具有强度高，抗热震稳定性好，疲劳韧性高，室温抗弯强度高，耐磨抗氧化耐腐蚀性能好等高性能，已被广泛应用于各行业。

本文介绍了氮化硅陶瓷的基本性质，综述了氮化硅陶瓷的制备工艺和提高其高温性能的方法以及增韧的途径，并展望了氮化硅陶瓷的发展前景。

关键词：氮化硅陶瓷制备工艺热压烧结
一氮化硅简介：
⑴基本性质：Si3N4 陶瓷是一种共价键化合物，基本结构单元为[ SiN4 ]四面体，硅原子位于四面体的中心，在其周围有四个氮原子，分别位于四面体的四个顶点，然后以每三个四面体共用一个原子的形式，在三维空间形成连续而又坚固的网络结构。

氮化硅的很多性能都归结于此结构。

纯Si3N4为3119，有α和β两种晶体结构，均为六角晶形，其分解温度在空气中为1800℃，在011MPa氮中为1850℃。

Si3N4热膨胀系数低、导热率高，故其耐热冲击性极佳。

热压烧结的氮化硅加热到l000℃后投入冷水中也不会破裂。

在不太高的温度下，Si3N4 具有较高的强度和抗冲击性，但在1200℃以上会随使用时间的增长而出现破损，使其强度降低，在1450℃以上更易出现疲劳损坏，所以Si3N4 的使用温度一般不超过1300℃。

由于Si3N4 的理论密度低，比钢和工程超耐热合金钢轻得多，所以，在那些要求材料具有高强度、低密度、耐高温等性质的地方用Si3N4 陶瓷去代替合金钢是再合适不过了。

⑵材料性能：Si3N4 陶瓷材料作为一种优异的高温工程材料，最能发挥优势的是其在高温领域中的应用。

Si3N4 今后的发展方向是：⑴充分发挥和利用Si3N4 本身所具有的优异特性；⑵在Si3N4 粉末烧结时，开发一些新的助熔剂，研究和控制现有助熔剂的最佳成分；
⑶改善制粉、成型和烧结工艺；⑷研制Si3N4 与SiC等材料的复合化，以便制取更多的高性能复合材料。

它极耐高温，强度一直可以维持到1200℃的高温而不下降，受热后不会熔成融体，一直到1900℃才会分解，并有惊人的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所有的无机酸和30%以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀；同时又是一种高性能电绝缘材料。

二生产工艺：
由于Si3N4是强共价化合物，扩散系数很小，致密化所必须的体积扩散及晶界扩散速度很小，烧结驱动力很小。

这决定了纯氮化硅不能靠常规固相烧结达到致密化，所以除用&5粉直接氮化的反应烧结外，其他方法都需加入一定量助烧剂与&50$1 粉体表面的&56, 反应形成液相，通过溶解———析出机制烧成致密材料7.8,9。

目前制备&50$1 陶瓷的方法主要有以下几种：反应烧结（PS）常压烧结（PLS）重烧结（PS）热压烧结（HP）气压烧结（GPS）热等静压法（HIP）。

本文以热压烧结为例简介其生产工艺流程。

热压烧结：把氮化硅粉末与助烧剂置于石墨模具中，在高温下单向加压烧结。

由于外加压力提高了烧结驱动力，加快了a→b的转变及致密化速度。

热压烧结法可得到致密度大于95%的高强氮化硅陶瓷，材料性能高，且制造周期短。

但是这种方法只能制造形状简单的制品，对于形状复杂的部件加工费用高，而且由于单向加压，组织存在择优取向，使性能在与热压面平行及垂直方向有差异。

生产流程图：
结束语：氮化硅陶瓷的优异性能对于现代技术经常遇到的高温、高速、强腐蚀介质的工作环境，具有特殊的使用价值。

因而使它在许多领域得到应用并有许多潜在的用途。

在机械工业中，用作涡轮叶片、高温轴承、高速切削工具等；在冶金工业中，用作坩埚、燃烧嘴、铝电解槽衬里等热工设备上的部件；在化学工业中用作耐蚀耐磨零件，如球阀、泵体、燃烧器、汽化器等；在半导体、航空航天、原子能工业上用作薄膜电容器、高温绝缘体、雷达天线罩、原子反应堆中的支承件和隔离体、核裂变物质的载体等但其固有的脆性和较高的制备成本还是极大地限制了Si3N4陶瓷的应用。

因此今后，仍要按照实际使用的要求，来设计Si3N4陶瓷的结构和性能，优化Si3N4陶瓷的制备工艺，并在降低制作成本，提高其可靠性、稳定
性上作出进一步的努力。

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