Si3N4基复合材料的发展与研究现状
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SiC陶瓷、Si3N4陶瓷及其 复合材料
——非氧化物陶瓷
高温结构陶瓷的特点: 能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、 硬度大、耐磨损、密度小等优点
耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术
利用该技术研制的连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料是一 种新型热结构材料，它比铝还轻，比钢还强，比碳化硅陶瓷更 耐高温、抗氧化烧蚀，克服了陶瓷的脆性，并且类似金属不会 发生突发灾难性破坏。 这种替代金属材料可解决目前航空航天器燃料百分之二十到 百分之三十浪费的问题，能满足航空航天器向高速度、高精度、 高搭载和长寿命发展的需求。 根据这一获奖项目，张立同还提出“陶瓷基复合材料新型强 韧化理论”，从而冲破国际上“纤维性能越高越好”和“复合 材料越致密越好”的误区，为新型战略性热结构材料“高性能、 低成本制备技术”的核心发明提供了理论支撑。 评奖专家称，这项获奖成果整体技术跻身国际先进行列，材 料综合性能达到国际领先水平，并将对中国先进武器装备的跨 跃式发展产生深远影响。它在军民两用领域具有广泛应用前景， 潜在市场每年约十亿元人民币。
氮化硅陶瓷 （Si3N4 ） 是灰白色固体， 硬度为9，是最 硬的材料之一。 它的导热性好且 膨胀系数小，可 经受低温高温、 骤冷骤热反复上 千次的变化而不 破坏，因此是十 分理想的高温结 构材料。
科技人员发现，如果用耐高温的陶瓷，如氮化 硅陶瓷等代替合金钢制造陶瓷发动机，其工作温度 可达1300℃～1500℃。 美国军方曾做过一次有趣的实验：在演习场200 米跑道的起跑线上，停放着两辆坦克，一辆装有500 马力的钢质发动机，而另一辆装有同样马力的陶瓷 发动机。陶瓷发动机果然身手不凡，那辆坦克仅用 了19秒钟就首先到达终点，而钢质发动机坦克在充 分预热运转后，用了26秒才跑完全程。其奥秘就在 于陶瓷发动机的热效率高，不仅可节省30％的热能， 而且工作功率比钢质发动机提高45％以上。另外， 陶瓷发动机无需水冷系统，其密度也只有钢的一半 左右，这对减小发动机自身重量也有重要意义。
碳化硅 —弯曲强度200-250MN/m2，抗压 强度1000-1500MN/m2，硬度高，抗氧化， 不抗强碱。 用途：加热元件，石墨的表面保护层， 砂轮，磨料
碳化硅陶瓷
以SiC为主要成分的陶瓷。 具有很高的高温强度，在1400℃时抗弯强度仍保持
在500～600MPa，工作温度可达1700℃；有很好的热稳 定性、抗蠕变性、耐磨性、耐蚀性，良好的导热性、耐
反应烧结氮化硅陶瓷
由于没有压力，气孔含量比较大，约为 12～30％，气孔的孔径从相互连通的直 径是0.01～1.0um的小孔到50um的孤立 的大孔，大孔的形成与杂质相有关。当 杂质相（如Fe、Si）形成低共熔点的时 候，会发生流硅，留下大气孔，怎样合 理的控制杂质相含量和升温速度，成为 反应烧结氮化硅陶瓷工艺的重要研究内 容。
一般热压氮化硅的相对密度可达到98%以上。 然而，热压氮化硅在烧结过程中主要受轴向外 力的作用，坯件的致密程度和晶体的生长都带 有一定方向性，以致性能上产生各向异性，如 机械强度会有20~25%的差异，对实际应用有 所影响。热压氮化硅生产效率较低，普通热压 炉一次一般只能生产一块片状坯体，大批量生 产较困难，且产品形状受一定的限制，不能生 产复杂件。
反应烧结氮化硅陶瓷
制备反应烧结氮化硅陶瓷制品，在尺寸上受 氮化深度的限制（一般在20mm以内），因此 难以烧结厚、大的制品。这种制品气孔率较 高，机械强度和其他烧结氮化硅相比较低。 但由于合成与烧结一步完成，又可经预氮化 进行机械加工，烧成后变形量小，容易制成 形状复杂和尺寸精度高的部件，工艺要求相 对简单，设备投资也少，所以发展较早、较 快，是目前投放市场的氮化硅制品的主要品 种。 氮化硅粉制备也是采用此方法 .
3. 热等静压烧结
混以烧结助剂的氮化硅粉料或生坯所用的包封材料， 一般是石英玻璃或硼玻璃，包封之前经抽真空加热， 排除里面的空气并使成型粘合剂分解排除，这样就 可在高温等静压炉内烧结。装炉后先把温度升到包 封玻璃软化的温度，然后升压，软化了的玻璃包套 会填充坯件周围空隙，紧贴坯件，传递压力，再升 温、升压至最后烧成点，保温、保压一段时间，同 时降温、降压。这个过程就是所谓等静压烧结循环， 烧成的温度一般为1700~1800℃，等静压压力为 100~200MPa，一般保温1~5小时烧成。降温后，坯 件表面的玻璃包敷物因膨胀系数差别大，在冷凝后 脱落，一般情况下，清掉包敷物即可得到制品。
氮化硅的理论密度是3190kg/m3左右， 氮化硅陶瓷的体积密度随工艺不同而变 化较大，一般为理论值的80％，气孔率 的高低是密度不同的主要原因，反应烧 结的气孔率一般是20％左右，热压烧结 的气孔率在5％以下。其它性质见表1.1。
碳化硅氮化硅主要性能对照表
碳化硅 强度中等 热膨胀高 抗热震性能差 断裂韧性差 高温稳定 导热性好 抗氧化性好 蠕变强度高 杂质影响小 弹性模量高 穿晶断裂 氮化硅 强度高 热膨胀低 抗热震性能良好 断裂韧性高 强度通过慢速裂纹扩展而减弱 导热性低 抗氧化性取决于所含杂质 蠕变强度低 第二相影响性能 弹性模量较低 晶间断裂
பைடு நூலகம்
3Si(s)+2N2(g) Si3N4(s)+736kJ／mo1
绝热温度4300K
(1)
反应烧结氮化硅陶瓷
N2气在进入反应炉后，随着炉温的不断升高，N2的活 性加强，当达到一定的温度时（1100℃～1200℃）， N2 气获得足够的活化能后和坯料中的Si原子发生（1） 式反应，反应放出多余的能量(736kJ／mo1) ，这些 能量传递给该反应周围由于升温而已频临活化的Si原 子，使这些原子得到足够的活化能而进行活化反应。 通过氮气深入硅坯粉粒内部，在硅氮合成氮化硅生成 新相的过程中，有22%摩尔体积增加，通过扩散传质， 增加这部分体积填补坯体内原来硅粉颗粒间的空隙， 形成新的交织结构，使坯体致密化程度和强度提高， 在没有显著的坯体收缩下实现了烧结。
步兵战车用绝热陶瓷发动机 可使其不易被红外探测器发现并被红外
制导武器所摧毁，提高了生存率
氮化硅的反应合成
反应烧结氮化硅材料的工艺特点主要表现在烧 结和成型上，这种烧结工艺使用硅粉成型，再 在氮气氛中合成氮化硅，同时烧结制成氮化硅 陶瓷的。一般陶瓷烧结时借助粉末表面能推动 坯内的物质迁移，填充空隙，排除气孔，使坯 体收缩致密而实现的。反应烧结氮化硅的烧结 过程是借助合成过程实现的，反应方程为:
添加烧结助剂的粉料，在耐高温的刚性模具里 受热的同时又受机械压力，粉料开始受压移动， 随着温度的升高，粉体颗粒间的摩擦力、粉体 变形的阻力都比在常温、常压下小，原来松散 的粉体就在模具里形成了较为致密的坯体，等 到温度升高到烧结温度点时，不仅出现液相， 促进了坯体烧结，而且氮化硅颗粒在高温、高 压的作用下还会产生塑性流动，晶面间的滑移， 填补坯体内的闭合气孔，使坯体烧结致密。由 于有外加压力的作用，热压烧结工艺能在较短 的时间、较低的温度下获得相对密度较高的氮 化硅烧结体。
1.常压烧结
常压烧结氮化硅陶瓷是依靠液相烧结的原理发展起来的。 添加在氮化硅坯体内的烧结助剂（氧化镁、氧化铝、氧 化钇等）在1500～1600℃下出现液相。液相本身的表面 张力对坯体内部的晶粒产生拉紧作用，同时发生粘滞流 动，填充坯体内部孔隙，促使晶粒重排、相互靠拢，彼 此粘接，随之，坯体内部的大部分气孔沿着晶界缓慢地 移动被排除，使生坯发生收缩，密度大幅度提高。在液 相烧结的过程中，还发生溶解与沉析作用。在正常情况 下，细颗粒比大颗粒容易溶解，坯体内一些极细的颗粒 首先溶解后向较大的颗粒沉析，而大颗粒的长大则较缓 慢，这就是晶粒趋于均匀，坯体致密。
三、氮化硅烧结方法
氮化硅烧结的制备方法对材料的性能影响很大， 其成本也取决于材料的制造技术，因此研究和 发展有效的制备技术是复合材料的重要研究内 容。制备Si3N4基复合材料的方法有很多，它们 大致可分为：利用硅的氮化反应的反应烧结法 及加入添加剂的致密化烧结法，如表2所示， 下面以制备单质的氮化硅材料为例来介绍反应 烧结、常压烧结法、气压烧结法和等静压烧结 法。
辐射性。
制作火箭尾喷管喷嘴、浇注金属的浇道口、轴承、 轴套、密封阀片、轧钢用导轮、内燃机器件、热电偶保 护套管、炉管、核燃料包封材料等。
碳化硅的两种晶型
闪锌矿晶体结构立方晶系贝塔形---碳化硅
碳化硅
纤锌矿型结构，六方晶系阿尔法---碳化硅
碳化硅SiC,俗称金 刚砂。熔点高 (2450℃),硬度大， 是重要的工业磨料。 如其中掺入某些杂 质,会使之出现半导 体,作为高温半导体, 用于电热元件。作 为高温结构陶瓷,日 益受到人们的重视。 它最适宜的应用领 域是高温、耐磨和 耐蚀的环境,现已用 作火箭喷嘴,热电偶 保护管,热交换器和 耐磨、耐蚀的零件。
碳化硅制成的涡轮叶片
氮化硅陶瓷简介
氮化硅（Si3N4）是强共价键化合物，所以其硬度 高，熔点高，结构稳定，绝缘性好。氮化硅陶瓷 属于多晶材料，一般分为两种晶相，α相和β相， 均由[SiN4]四面体构成。在结构上，两种晶相都是 六方晶系,其基本差别是α型的C轴是β型的两倍，β 型的氮化硅对称性较高，在温度上是稳定相，α型 氮化硅在动力学上较容易生成，高温时（1400— 1800oC），α型氮化硅会发生重建相变，转变为β 型的氮化硅。α相和β相的相变属于结构重建型， 这类相变通常是在有熔剂接触时发生，熔剂是不 稳定的具有较大溶解度的物相溶解，然后析出溶 解度较低的稳定的相。
实现常压烧结，须具备
1. 2. 3. 4. 5. 原料要求： α相原料，颗粒尽可能小； 采用有效添加剂，促进烧结，提高高温性能； 烧结气氛，提高氮气压力； 使用Si3N4+MgO+BN埋粉无压烧结法； 控制保温时间，存在最佳温度和保温时间。
常压烧结氮化硅的一般工艺是采用高α相的氮 化硅粉（α－Si3N4 占80%以上），添加氧化铝 2~10%，氧化钇3%左右，经研磨后充分混合， 颗粒度在10um以下，成型后在氮气氛中烧结， 升 温 速 率 在 15~20℃/min ， 烧 结 温 度 为 1600~1800℃，保温时间为0.5~3h，压力保持 在接近大气压范围内，可获得相对密度95%左 右的烧结体，烧结成的制品有15~25%的线收 缩。
常压烧结氮化硅陶瓷的抗折强度在 400~600MPa，但其使用温度高时，坯体 内玻璃质晶界相的粘度下降而产生流动， 以致晶粒间可以相互滑移，使高温强度 下降，所以要尽量减少添加剂的加入量， 限制晶界玻璃相的含量。
2. 热压烧结
热压法烧结氮化硅是直接用高α相的氮化 硅粉，混以烧结助剂，炉内排除空气，并 用氮气保护的情况下，在1600~1800℃， 在能使高温中坯体内部发生塑性流动的压 力下（一般20~40MPa），保温十几分钟 到一个小时以上液相烧结而成的。在烧结 过程中主要的推动力是外加的压力。依靠 外力的作用，成型与烧结成为一个连续的 过程，这是热压烧结的特点。
3. 热等静压烧结
为避免机械压力的方向性，也有以高压气体传递 压力使坯件致密，生产氮化硅制品的。这种方法 就是先成型氮化硅生坯，再在50MPa以上的高压 氮气氛中烧结，烧结温度为1650~2100℃，保温时 间为0.5~3h。从坯件受压的性质来看，是属于等 静压烧结的。 典型的等静压烧结是将氮化硅粉料或生坯用玻璃 容器包封，在高温下，玻璃呈熔融状态，成为可 传递压力的介质，在压力作用下烧结即可得到均 质致密无方向性的氮化硅烧结体。
3. 热等静压烧结
等静压烧结能得到完全致密的氮化硅烧结体， 需要很少的烧结助剂，制得的坯体即可达到理 论密度。例如：用含0.6%金属杂质的商品氮化 硅粉，不再加任何添加剂，就能制得达到理论 密度的坯体。这样保证了材料的高温强度，由 于是等静压烧成的，所以坯体完全均匀一致， 任何方向的强度都能达到热压法最强方向的强 度。由于坯体收缩均匀，目前技术水平对直径 100mm的圆柱体尺寸公差已能控制在0.1mm以 内，可实现无切削成型。
——非氧化物陶瓷
高温结构陶瓷的特点: 能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、 硬度大、耐磨损、密度小等优点
耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术
利用该技术研制的连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料是一 种新型热结构材料，它比铝还轻，比钢还强，比碳化硅陶瓷更 耐高温、抗氧化烧蚀，克服了陶瓷的脆性，并且类似金属不会 发生突发灾难性破坏。 这种替代金属材料可解决目前航空航天器燃料百分之二十到 百分之三十浪费的问题，能满足航空航天器向高速度、高精度、 高搭载和长寿命发展的需求。 根据这一获奖项目，张立同还提出“陶瓷基复合材料新型强 韧化理论”，从而冲破国际上“纤维性能越高越好”和“复合 材料越致密越好”的误区，为新型战略性热结构材料“高性能、 低成本制备技术”的核心发明提供了理论支撑。 评奖专家称，这项获奖成果整体技术跻身国际先进行列，材 料综合性能达到国际领先水平，并将对中国先进武器装备的跨 跃式发展产生深远影响。它在军民两用领域具有广泛应用前景， 潜在市场每年约十亿元人民币。
氮化硅陶瓷 （Si3N4 ） 是灰白色固体， 硬度为9，是最 硬的材料之一。 它的导热性好且 膨胀系数小，可 经受低温高温、 骤冷骤热反复上 千次的变化而不 破坏，因此是十 分理想的高温结 构材料。
科技人员发现，如果用耐高温的陶瓷，如氮化 硅陶瓷等代替合金钢制造陶瓷发动机，其工作温度 可达1300℃～1500℃。 美国军方曾做过一次有趣的实验：在演习场200 米跑道的起跑线上，停放着两辆坦克，一辆装有500 马力的钢质发动机，而另一辆装有同样马力的陶瓷 发动机。陶瓷发动机果然身手不凡，那辆坦克仅用 了19秒钟就首先到达终点，而钢质发动机坦克在充 分预热运转后，用了26秒才跑完全程。其奥秘就在 于陶瓷发动机的热效率高，不仅可节省30％的热能， 而且工作功率比钢质发动机提高45％以上。另外， 陶瓷发动机无需水冷系统，其密度也只有钢的一半 左右，这对减小发动机自身重量也有重要意义。
碳化硅 —弯曲强度200-250MN/m2，抗压 强度1000-1500MN/m2，硬度高，抗氧化， 不抗强碱。 用途：加热元件，石墨的表面保护层， 砂轮，磨料
碳化硅陶瓷
以SiC为主要成分的陶瓷。 具有很高的高温强度，在1400℃时抗弯强度仍保持
在500～600MPa，工作温度可达1700℃；有很好的热稳 定性、抗蠕变性、耐磨性、耐蚀性，良好的导热性、耐
反应烧结氮化硅陶瓷
由于没有压力，气孔含量比较大，约为 12～30％，气孔的孔径从相互连通的直 径是0.01～1.0um的小孔到50um的孤立 的大孔，大孔的形成与杂质相有关。当 杂质相（如Fe、Si）形成低共熔点的时 候，会发生流硅，留下大气孔，怎样合 理的控制杂质相含量和升温速度，成为 反应烧结氮化硅陶瓷工艺的重要研究内 容。
一般热压氮化硅的相对密度可达到98%以上。 然而，热压氮化硅在烧结过程中主要受轴向外 力的作用，坯件的致密程度和晶体的生长都带 有一定方向性，以致性能上产生各向异性，如 机械强度会有20~25%的差异，对实际应用有 所影响。热压氮化硅生产效率较低，普通热压 炉一次一般只能生产一块片状坯体，大批量生 产较困难，且产品形状受一定的限制，不能生 产复杂件。
反应烧结氮化硅陶瓷
制备反应烧结氮化硅陶瓷制品，在尺寸上受 氮化深度的限制（一般在20mm以内），因此 难以烧结厚、大的制品。这种制品气孔率较 高，机械强度和其他烧结氮化硅相比较低。 但由于合成与烧结一步完成，又可经预氮化 进行机械加工，烧成后变形量小，容易制成 形状复杂和尺寸精度高的部件，工艺要求相 对简单，设备投资也少，所以发展较早、较 快，是目前投放市场的氮化硅制品的主要品 种。 氮化硅粉制备也是采用此方法 .
3. 热等静压烧结
混以烧结助剂的氮化硅粉料或生坯所用的包封材料， 一般是石英玻璃或硼玻璃，包封之前经抽真空加热， 排除里面的空气并使成型粘合剂分解排除，这样就 可在高温等静压炉内烧结。装炉后先把温度升到包 封玻璃软化的温度，然后升压，软化了的玻璃包套 会填充坯件周围空隙，紧贴坯件，传递压力，再升 温、升压至最后烧成点，保温、保压一段时间，同 时降温、降压。这个过程就是所谓等静压烧结循环， 烧成的温度一般为1700~1800℃，等静压压力为 100~200MPa，一般保温1~5小时烧成。降温后，坯 件表面的玻璃包敷物因膨胀系数差别大，在冷凝后 脱落，一般情况下，清掉包敷物即可得到制品。
氮化硅的理论密度是3190kg/m3左右， 氮化硅陶瓷的体积密度随工艺不同而变 化较大，一般为理论值的80％，气孔率 的高低是密度不同的主要原因，反应烧 结的气孔率一般是20％左右，热压烧结 的气孔率在5％以下。其它性质见表1.1。
碳化硅氮化硅主要性能对照表
碳化硅 强度中等 热膨胀高 抗热震性能差 断裂韧性差 高温稳定 导热性好 抗氧化性好 蠕变强度高 杂质影响小 弹性模量高 穿晶断裂 氮化硅 强度高 热膨胀低 抗热震性能良好 断裂韧性高 强度通过慢速裂纹扩展而减弱 导热性低 抗氧化性取决于所含杂质 蠕变强度低 第二相影响性能 弹性模量较低 晶间断裂
பைடு நூலகம்
3Si(s)+2N2(g) Si3N4(s)+736kJ／mo1
绝热温度4300K
(1)
反应烧结氮化硅陶瓷
N2气在进入反应炉后，随着炉温的不断升高，N2的活 性加强，当达到一定的温度时（1100℃～1200℃）， N2 气获得足够的活化能后和坯料中的Si原子发生（1） 式反应，反应放出多余的能量(736kJ／mo1) ，这些 能量传递给该反应周围由于升温而已频临活化的Si原 子，使这些原子得到足够的活化能而进行活化反应。 通过氮气深入硅坯粉粒内部，在硅氮合成氮化硅生成 新相的过程中，有22%摩尔体积增加，通过扩散传质， 增加这部分体积填补坯体内原来硅粉颗粒间的空隙， 形成新的交织结构，使坯体致密化程度和强度提高， 在没有显著的坯体收缩下实现了烧结。
步兵战车用绝热陶瓷发动机 可使其不易被红外探测器发现并被红外
制导武器所摧毁，提高了生存率
氮化硅的反应合成
反应烧结氮化硅材料的工艺特点主要表现在烧 结和成型上，这种烧结工艺使用硅粉成型，再 在氮气氛中合成氮化硅，同时烧结制成氮化硅 陶瓷的。一般陶瓷烧结时借助粉末表面能推动 坯内的物质迁移，填充空隙，排除气孔，使坯 体收缩致密而实现的。反应烧结氮化硅的烧结 过程是借助合成过程实现的，反应方程为:
添加烧结助剂的粉料，在耐高温的刚性模具里 受热的同时又受机械压力，粉料开始受压移动， 随着温度的升高，粉体颗粒间的摩擦力、粉体 变形的阻力都比在常温、常压下小，原来松散 的粉体就在模具里形成了较为致密的坯体，等 到温度升高到烧结温度点时，不仅出现液相， 促进了坯体烧结，而且氮化硅颗粒在高温、高 压的作用下还会产生塑性流动，晶面间的滑移， 填补坯体内的闭合气孔，使坯体烧结致密。由 于有外加压力的作用，热压烧结工艺能在较短 的时间、较低的温度下获得相对密度较高的氮 化硅烧结体。
1.常压烧结
常压烧结氮化硅陶瓷是依靠液相烧结的原理发展起来的。 添加在氮化硅坯体内的烧结助剂（氧化镁、氧化铝、氧 化钇等）在1500～1600℃下出现液相。液相本身的表面 张力对坯体内部的晶粒产生拉紧作用，同时发生粘滞流 动，填充坯体内部孔隙，促使晶粒重排、相互靠拢，彼 此粘接，随之，坯体内部的大部分气孔沿着晶界缓慢地 移动被排除，使生坯发生收缩，密度大幅度提高。在液 相烧结的过程中，还发生溶解与沉析作用。在正常情况 下，细颗粒比大颗粒容易溶解，坯体内一些极细的颗粒 首先溶解后向较大的颗粒沉析，而大颗粒的长大则较缓 慢，这就是晶粒趋于均匀，坯体致密。
三、氮化硅烧结方法
氮化硅烧结的制备方法对材料的性能影响很大， 其成本也取决于材料的制造技术，因此研究和 发展有效的制备技术是复合材料的重要研究内 容。制备Si3N4基复合材料的方法有很多，它们 大致可分为：利用硅的氮化反应的反应烧结法 及加入添加剂的致密化烧结法，如表2所示， 下面以制备单质的氮化硅材料为例来介绍反应 烧结、常压烧结法、气压烧结法和等静压烧结 法。
辐射性。
制作火箭尾喷管喷嘴、浇注金属的浇道口、轴承、 轴套、密封阀片、轧钢用导轮、内燃机器件、热电偶保 护套管、炉管、核燃料包封材料等。
碳化硅的两种晶型
闪锌矿晶体结构立方晶系贝塔形---碳化硅
碳化硅
纤锌矿型结构，六方晶系阿尔法---碳化硅
碳化硅SiC,俗称金 刚砂。熔点高 (2450℃),硬度大， 是重要的工业磨料。 如其中掺入某些杂 质,会使之出现半导 体,作为高温半导体, 用于电热元件。作 为高温结构陶瓷,日 益受到人们的重视。 它最适宜的应用领 域是高温、耐磨和 耐蚀的环境,现已用 作火箭喷嘴,热电偶 保护管,热交换器和 耐磨、耐蚀的零件。
碳化硅制成的涡轮叶片
氮化硅陶瓷简介
氮化硅（Si3N4）是强共价键化合物，所以其硬度 高，熔点高，结构稳定，绝缘性好。氮化硅陶瓷 属于多晶材料，一般分为两种晶相，α相和β相， 均由[SiN4]四面体构成。在结构上，两种晶相都是 六方晶系,其基本差别是α型的C轴是β型的两倍，β 型的氮化硅对称性较高，在温度上是稳定相，α型 氮化硅在动力学上较容易生成，高温时（1400— 1800oC），α型氮化硅会发生重建相变，转变为β 型的氮化硅。α相和β相的相变属于结构重建型， 这类相变通常是在有熔剂接触时发生，熔剂是不 稳定的具有较大溶解度的物相溶解，然后析出溶 解度较低的稳定的相。
实现常压烧结，须具备
1. 2. 3. 4. 5. 原料要求： α相原料，颗粒尽可能小； 采用有效添加剂，促进烧结，提高高温性能； 烧结气氛，提高氮气压力； 使用Si3N4+MgO+BN埋粉无压烧结法； 控制保温时间，存在最佳温度和保温时间。
常压烧结氮化硅的一般工艺是采用高α相的氮 化硅粉（α－Si3N4 占80%以上），添加氧化铝 2~10%，氧化钇3%左右，经研磨后充分混合， 颗粒度在10um以下，成型后在氮气氛中烧结， 升 温 速 率 在 15~20℃/min ， 烧 结 温 度 为 1600~1800℃，保温时间为0.5~3h，压力保持 在接近大气压范围内，可获得相对密度95%左 右的烧结体，烧结成的制品有15~25%的线收 缩。
常压烧结氮化硅陶瓷的抗折强度在 400~600MPa，但其使用温度高时，坯体 内玻璃质晶界相的粘度下降而产生流动， 以致晶粒间可以相互滑移，使高温强度 下降，所以要尽量减少添加剂的加入量， 限制晶界玻璃相的含量。
2. 热压烧结
热压法烧结氮化硅是直接用高α相的氮化 硅粉，混以烧结助剂，炉内排除空气，并 用氮气保护的情况下，在1600~1800℃， 在能使高温中坯体内部发生塑性流动的压 力下（一般20~40MPa），保温十几分钟 到一个小时以上液相烧结而成的。在烧结 过程中主要的推动力是外加的压力。依靠 外力的作用，成型与烧结成为一个连续的 过程，这是热压烧结的特点。
3. 热等静压烧结
为避免机械压力的方向性，也有以高压气体传递 压力使坯件致密，生产氮化硅制品的。这种方法 就是先成型氮化硅生坯，再在50MPa以上的高压 氮气氛中烧结，烧结温度为1650~2100℃，保温时 间为0.5~3h。从坯件受压的性质来看，是属于等 静压烧结的。 典型的等静压烧结是将氮化硅粉料或生坯用玻璃 容器包封，在高温下，玻璃呈熔融状态，成为可 传递压力的介质，在压力作用下烧结即可得到均 质致密无方向性的氮化硅烧结体。
3. 热等静压烧结
等静压烧结能得到完全致密的氮化硅烧结体， 需要很少的烧结助剂，制得的坯体即可达到理 论密度。例如：用含0.6%金属杂质的商品氮化 硅粉，不再加任何添加剂，就能制得达到理论 密度的坯体。这样保证了材料的高温强度，由 于是等静压烧成的，所以坯体完全均匀一致， 任何方向的强度都能达到热压法最强方向的强 度。由于坯体收缩均匀，目前技术水平对直径 100mm的圆柱体尺寸公差已能控制在0.1mm以 内，可实现无切削成型。