氮化硅陶瓷講解

1、氮化硅陶瓷及其制備成型工藝 氮化硅（Si3N4）是氮和硅的化合物。在自然界里，氮、硅都是極其普通的 元素。氮是生命的基礎(chǔ)，硅是無機(jī)世界的主角，這兩種元素在我們生活的世界上 無所不在，然而，至今人們還未發(fā)現(xiàn)自然界里存在這兩種元素的化合物。 氮化硅是在人工條件下合成的化合物。雖早在140多年前就直接合成了氮化 硅，但當(dāng)時(shí)僅僅作為一種穩(wěn)定的 難熔”的氮化物留在人們的記憶中。二次大戰(zhàn)后， 科技的迅速發(fā)展，迫切需要耐高溫、高硬度、高強(qiáng)度、抗腐蝕的材料。經(jīng)過長(zhǎng)期 的努力，直至1955年氮化硅才被重視，七十年代中期才真正制得了高質(zhì)量、低 成本，有廣泛重要用途的氮化硅陶瓷制品。 開發(fā)過程為何如此艱難，這是因?yàn)?/p>

2、氮 化硅粉體和氮化硅陶瓷制品之間的性能和功能相差甚遠(yuǎn)，沒有一個(gè)嚴(yán)格而精細(xì)的 對(duì)氮化硅粉體再加工過程，是得不到具有優(yōu)異性能的氮化硅陶瓷制品的。 沒有氮 化硅陶瓷就沒有氮化硅如今的重要地位。 SisN4是以共價(jià)鍵為主的化合物，鍵強(qiáng)大，鍵的方向性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)中缺陷的形 成和遷移需要的能量大，即缺陷擴(kuò)散系數(shù)低（缺點(diǎn)），難以燒結(jié)，其中共價(jià)鍵 Si-N成分為70 %，離子鍵為30 %，同時(shí)由于Si3N4本身結(jié)構(gòu)不夠致密，從而為 提高性能需要添加少量氧化物燒結(jié)助劑，通過液相燒結(jié)使其致密化。 Si3N4含有兩種晶型，一種為a -Si3N4，針狀結(jié)晶體，呈白色或灰白色，另一 種為B -Si3N4，顏色較深，呈致密的

3、顆粒狀多面體或短棱柱體。兩者均為六方晶 系，都是以SiN44-四面體共用頂角構(gòu)成的三維空間網(wǎng)絡(luò)。 在高溫狀態(tài)下，B相在熱力學(xué)上更穩(wěn)定，因此a相會(huì)發(fā)生相變，轉(zhuǎn)為B相。 從而高a相含量Si3N4粉燒結(jié)時(shí)可得到細(xì)晶、長(zhǎng)柱狀 B -Si3N4晶粒，提高材料的 斷裂韌性。但陶瓷燒結(jié)時(shí)必須控制顆粒的異常生長(zhǎng)，使得氣孔、裂紋、位錯(cuò)缺陷 出現(xiàn)，成為材料的斷裂源。 在工業(yè)性能上，Si3N4陶瓷材料表現(xiàn)出了較好的工藝性能。（1）機(jī)械強(qiáng)度高， 硬度接近于剛玉，有自潤(rùn)滑性耐磨；（2）熱穩(wěn)定性高，熱膨脹系數(shù)小，有良好 的導(dǎo)熱性能；（3）化學(xué)性能穩(wěn)定，能經(jīng)受強(qiáng)烈的輻射照射等等。 晶體的常見參數(shù)如下圖所示： 表1靴刪晶榊數(shù)

4、和蛾 Tab. 1 Lattice constant and bulk denX|0(2d-|000 Q Si3N4分子中Si原子和周圍4個(gè) N原子以共價(jià)鍵結(jié)合，形成Si-N4四面體結(jié)構(gòu) 單元，所有四面體共享頂角構(gòu)成三維空間網(wǎng)，形成 Si3N4,有兩種相結(jié)構(gòu)，a相 和B相如下圖所示： 湘結(jié)構(gòu) 僑目結(jié)構(gòu) 其共價(jià)鍵長(zhǎng)較短，成鍵電子數(shù)目多，原子間排列的方向性強(qiáng)，相鄰原子間相 互作用大。Si3N4存在兩種由Si-N4四面體結(jié)構(gòu)以不同的堆砌方式堆砌而成的三 維網(wǎng)絡(luò)晶形，一個(gè)是aSi3N4，另一個(gè)是Si3N4。正是由于Si-N4四面體結(jié)構(gòu)單 元的存在，Si3N4具有較高的硬度。在&Si3N4的一個(gè)晶胞內(nèi)有

5、6個(gè)Si原子，8個(gè)N原 子。其中3個(gè)Si原子和4個(gè)N原子在一個(gè)平面上，另外3個(gè)Si原子和4個(gè)N原子在 高一層平面上。第3層與第1層相對(duì)應(yīng)，如此相應(yīng)的在C軸方向按ABAB 重復(fù)排 列，3-Si3N4的晶胞參數(shù)為 a=0.7606 nm, c=0.2909 nm。aSi3N4中第3層、第 4層 的Si原子在平面位置上分別與第1層、第2層的Si原子錯(cuò)了一個(gè)位置，形成4層重 復(fù)排列，即ABCDABCD 方式排列。相對(duì)& Si3N4而言，aSi3N4晶胞參數(shù)變化 不大，但在C軸方向約擴(kuò)大一倍(a=0.775nm, c=0.5618)，其中還含有3%的氧 原子以及許多硅空位，因此體系的穩(wěn)定性較差，這使a相

6、結(jié)構(gòu)的四面體晶形發(fā)生 畸變，而僑目在熱力學(xué)上更穩(wěn)定。由于氧原子在a目中形成Si-O-Si離子性較強(qiáng)的的 鍵，這使a相中的Si-N4四面體易產(chǎn)生取向的改變和鏈的伸直， 原子位置發(fā)生調(diào) 整，使得a相在溫度達(dá)到1300 C以上時(shí)轉(zhuǎn)變到 僑目，使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 氮化硅陶瓷的優(yōu)異的性能對(duì)于現(xiàn)代技術(shù)經(jīng)常遇到的高溫、高速、強(qiáng)腐蝕介 質(zhì)的工作環(huán)境，具有特殊的使用價(jià)值。比較突出的性能有： (1) 機(jī)械強(qiáng)度高，硬度接近于剛玉，有自潤(rùn)滑性，耐磨。室溫抗彎強(qiáng)度可以 高達(dá)980MPa以上，能與合金鋼相比，而且強(qiáng)度可以一直維持到1200E不下降。 (2) 熱穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)小，有良好的導(dǎo)熱性能，所以抗熱震性很好， 從室

7、溫到1000C的熱沖擊不會(huì)開裂。 (3) 化學(xué)性能穩(wěn)定，幾乎可耐一切無機(jī)酸(HF除外)和濃度在30%以下燒堿 (NaOH)溶液的腐蝕，也能耐很多有機(jī)物質(zhì)的侵蝕，對(duì)多種有色金屬熔融體(特 別是鋁液)不潤(rùn)濕，能經(jīng)受強(qiáng)烈的放射輻照。 (4) 密度低，比重小，僅是鋼的2/5,電絕緣性好。 2.重要的應(yīng)用 氮化硅陶瓷的應(yīng)用初期主要用在機(jī)械、 冶金、化工、航空、半導(dǎo)體等工業(yè)上， 作某些設(shè)備或產(chǎn)品的零部件，取得了很好的預(yù)期效果。近年來，隨著制造工藝和 測(cè)試分析技術(shù)的發(fā)展，氮化硅陶瓷制品的可靠性不斷提高，因此應(yīng)用面在不斷擴(kuò) 大。特別值得贊賞的是，正在研制氮化硅陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，并且已經(jīng)取得了很大的進(jìn) 展，這在科學(xué)技

8、術(shù)上成為舉世矚目的大事。有關(guān)應(yīng)用的主要內(nèi)容有： (1) 在冶金工業(yè)上制成坩堝、馬弗爐爐膛、燃燒嘴、發(fā)熱體夾具、鑄模、鋁 液導(dǎo)管、熱電偶測(cè)溫保護(hù)套管、鋁電解槽襯里等熱工設(shè)備上的部件。 (2) 在機(jī)械工業(yè)上制成高速車刀、軸承、金屬部件熱處理的支承件、轉(zhuǎn)子發(fā) 動(dòng)機(jī)刮片、燃?xì)廨啓C(jī)的導(dǎo)向葉片和渦輪葉片等。 (3) 在化學(xué)工業(yè)上制成球閥、泵體、密封環(huán)、過濾器、熱交換器部件、固定 化觸媒載體、燃燒舟、蒸發(fā)皿等。 (4) 在半導(dǎo)體、航空、原子能等工業(yè)上用于制造開關(guān)電路基片、薄膜電容器、 承受高溫或溫度劇變的電絕緣體、 雷達(dá)天線罩、導(dǎo)彈尾噴管、原子反應(yīng)堆中的支 承件和隔離件、核裂變物質(zhì)的載體等。 (5) 在醫(yī)學(xué)

9、工程上可以制成人工關(guān)節(jié)。 (6) 正在研制的氮化硅質(zhì)的全陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)代替同類型金屬發(fā)動(dòng)機(jī)。 今后的發(fā)展方向是：充分發(fā)揮和利用Si3N4本身所具有的優(yōu)異特性；在 Si3N4粉末燒結(jié)時(shí)，開發(fā)一些新的助熔劑，研究和控制現(xiàn)有助熔劑的最佳成分； 改善制粉、成型和燒結(jié)工藝；研制Si3N4與SiC等材料的復(fù)合化，以便制 取更多的高性能復(fù)合材料。Si3N4陶瓷等在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，為新型高溫 結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展開創(chuàng)了新局面。 利用Si3N4重量輕和剛度大的特點(diǎn)，可用來制造滾珠軸承、它比金屬軸承具 有更高的精度，產(chǎn)生熱量少，而且能在較高的溫度和腐蝕性 介質(zhì)中操作。用Si3N4 陶瓷制造的蒸汽噴嘴具有耐磨、耐熱等特性

10、，用于650 C鍋爐幾個(gè)月后無明顯損 壞，而其它耐熱耐蝕合金鋼噴嘴在同樣條件下只能使用1 - 2個(gè)月.由中科院上海 硅酸鹽研究所與機(jī)電部 上海內(nèi)燃機(jī)研究所 共同研制的Si3N4電熱塞，解決了柴 油發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)起動(dòng)困難的問題，適用于直噴式或非 直噴式柴油機(jī)。這種電熱塞是 當(dāng)今最先進(jìn)、最理想的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置。日本原子能研究所和三菱重工業(yè)公 司研制成功了一種新的粗制泵，泵殼內(nèi)裝有由11個(gè)Si3N4陶瓷轉(zhuǎn)盤組成的轉(zhuǎn) 子。由于該泵采用熱膨脹系數(shù)很小的Si3N4陶瓷轉(zhuǎn)子和精密的空氣軸承，從而 無需潤(rùn)滑和冷卻介質(zhì)就能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果將這種泵與超真空泵如渦輪分子 泵結(jié)合起來，就能組成適合于 核聚變反應(yīng)堆或半導(dǎo)

11、體處理設(shè)備使用的 真空系統(tǒng)。 隨著Si3N4粉末生產(chǎn)、成型、燒結(jié)及加工技術(shù)的改進(jìn)，其性能和可靠性將不斷 提高，氮化硅陶瓷將獲得更加廣泛的應(yīng)用。由于Si3N4原料純度的提高，Si3N4 粉末的成型技術(shù)和燒結(jié)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，Si3N4正 在作為工程結(jié)構(gòu)陶瓷，在工業(yè)中占據(jù)越來越重要的地位。Si3N4陶瓷具有優(yōu)異 的綜合性能和豐富的資源，是一種理想的高溫結(jié)構(gòu)材料，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和 市場(chǎng)，世界各國(guó)都在競(jìng)相研究和開發(fā)。陶瓷材料具有一般金屬材料難以比擬的耐 磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化性、抗熱沖擊及低比重等特點(diǎn)。可以承受金屬或高分 子材料難以勝任的嚴(yán)酷工作環(huán)境，具有廣泛的應(yīng)用前景。成

12、為繼金屬材料、高分 子材料之后支撐21世紀(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，并成為最為活躍的研究領(lǐng)域 之一，當(dāng)今世界各國(guó)都十分重視它的研究與發(fā)展， 作為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷家族中重要 成員之一的Si3N4陶瓷，較其它咼溫結(jié)構(gòu)陶瓷如 氧化物陶瓷、碳化物陶瓷等具有 更為優(yōu)異的機(jī)械性能、熱學(xué)性能及化學(xué)穩(wěn)定性.因而被認(rèn)為是高溫結(jié)構(gòu)陶瓷中最 有應(yīng)用潛力的材料。 可以預(yù)言，隨著陶瓷的基礎(chǔ)研究和新技術(shù)開發(fā)的不斷進(jìn)步，特別是復(fù)雜件和 大型件制備技術(shù)的日臻完善，Si3N4陶瓷材料作為性能優(yōu)良的工程材料將得到 更廣泛的應(yīng)用。 _氮化硅粉體的制造方法:_用硅粉作原料，先用通常成型的方法做成所需的形狀， 在氮?dú)庵屑?200 C的高溫下

13、進(jìn)行初步氮化，使其中一部分硅粉與氮反應(yīng)生成氮 化硅，這時(shí)整個(gè)坯體已經(jīng)具有一定的強(qiáng)度。然后在 1350 C1450 C的高溫爐中 進(jìn)行第二次氮化，反應(yīng)成氮化硅。用 熱壓燒結(jié)法可制得達(dá)到理論密度99%的氮 化硅。 制備工藝：由于制備工藝不同，各類型氮化硅陶瓷具有不同的微觀結(jié)構(gòu)(如 孔隙度和孔隙形貌、晶粒形貌、晶間形貌以及晶間第二相含量等)。因而各項(xiàng)性 能差別很大。要得到性能優(yōu)良的Si3N4陶瓷材料，首先應(yīng)制備高質(zhì)量的Si3N4 粉末用不同方法制備的Si3N4粉質(zhì)量不完全相同，這就導(dǎo)致了其在用途上的 差異，許多陶瓷材料應(yīng)用的失敗，往往歸咎于開發(fā)者不了解各種陶瓷粉末之間的 差別，對(duì)其性質(zhì)認(rèn)識(shí)不足。一般

14、來說，高質(zhì)量的Si3N4粉應(yīng)具有a相含量高， 組成均勻，雜質(zhì)少且在陶瓷中分布均勻，粒徑小且粒度分布窄及分散性好等特性。 好的Si3N4粉中a相至少應(yīng)占90%，這是由于Si3N4在燒結(jié)過程中，部分a相 會(huì)轉(zhuǎn)變成B相，而沒有足夠的a相含量，就會(huì)降低陶瓷材料的強(qiáng)度。 要制得高性能的氮化硅陶瓷制品，一般說來首先要有高質(zhì)量的氮化硅粉料。 理想的氮化硅粉料應(yīng)是高純、超細(xì)、等軸、球形、松散不團(tuán)聚的一次粒子。實(shí)際 上，目前要獲得較為理想的 Si3N4粉料，還未根本解決。根據(jù)文獻(xiàn)資料的報(bào)導(dǎo)， 現(xiàn)在用以制造氮化硅粉料的方法已經(jīng)較多，如： (1) 硅粉直接氮化法 3Si+2N2 Si3N4 (2) 二氧化硅碳熱還原

15、法 2SQ2+6C+2N2Si3N4+6CO (3) 四氯化硅或硅烷與氨的高溫氣相合成法 3SiCl4+4NH3 SiaN4+12HCl 3SiM+4NH3 f SiaN4+12H2 (4) 亞氨基硅或氨基硅的熱分解法 3Si (NH) 2f SiaN4+2NHa 3Si (NH2)SiaN4+8NHa 其它還有激光法、等離子體法等等方法。以下主要介紹硅粉直接氮化合成法。 一、生產(chǎn)工藝流程示意圖：見圖4& 團(tuán)4 3硅粉氮化制氮化硅粉料工藝疣程示意團(tuán) 二、主要工藝條件 (1) 原料處理 常用的市售工業(yè)硅塊總會(huì)含有一些金屬氧化物，如鉀、鈉、鐵、鈣等的氧化 物；工業(yè)氮?dú)夂蜌錃庖部倳?huì)含有少量的水、氧氣

16、等，這些都必須經(jīng)過嚴(yán)格檢測(cè)， 并凈化至允許的含量。 對(duì)硅粉的要求粒度v 40叩，對(duì)其中所含的金屬雜質(zhì)，一般可用酸洗的方法 除去，對(duì)于球磨時(shí)帶入的超硬合金雜質(zhì)可用重力法或磁性法除去。硅粉表面的氧 化膜可在氮化前通過還原活化法除去， 即在低于燒結(jié)溫度下，反復(fù)用低于常壓的 氫氣還原和真空交換處理，待氧化膜除去后再進(jìn)行氮化合成操作。 氮?dú)庵腥艉脱?，在硅氮合成反?yīng)時(shí)，氧和水蒸汽首先會(huì)使硅粉表面生成 二氧化硅，影響氮化反應(yīng)；而且在高溫作用下，二氧化硅又可以與硅反應(yīng)生成氣 態(tài)的一氧化硅或SiO2分解生成一氧化硅，而造成硅組分的損失： SiO2 （固）+Si （固）-2SiO （氣） SOa （固）f S

17、10氣）+|oa （氣） 生成物氮化硅在高溫下也會(huì)受氧氣和水蒸汽的明顯腐蝕。所以應(yīng)盡可能地將 其全部除去。氣體凈化系統(tǒng)示意圖如下： 其中氧氣的脫除是通過灼熱的銅屑生成氧化銅，由于同時(shí)通入了氫氣，既可 以保持銅屑的活性，又可以使氧最終轉(zhuǎn)化成水而易于除去： C11 +丄0?咖 60 2 3 Cu + H2-Cu+Ha0 （2）氮化合成反應(yīng) 氮化反應(yīng)是在氮化爐中進(jìn)行的，氮化爐內(nèi)的溫度由爐壁內(nèi)的發(fā)熱體和控溫系 統(tǒng)來調(diào)節(jié)。 氮化反應(yīng)開始進(jìn)行非常緩慢，600900C反應(yīng)才明顯，11001320C反應(yīng)劇 烈進(jìn)行。粒度符合要求的硅粉，也要經(jīng)過大約 10小時(shí)才可以氮化完全。硅粉粒 度大于40 ym以上時(shí)，將難以

18、氮化徹底。 因氮化反應(yīng)中會(huì)放出大量反應(yīng)熱 （727.5kJ/molSi3N4），所以在氮化初期應(yīng)嚴(yán) 格控制升溫速度，以避免因積熱引起局部過溫，超過硅的熔點(diǎn)（1420C）使硅粉 熔合成團(tuán)，妨礙繼續(xù)氮化。所以整個(gè)氮化合成反應(yīng)過程中控制溫度w 1400r為宜。 （3）氮化硅粉料的后處理 合成的氮化硅由于各種原因粒度不能滿足要求， 所以還需根據(jù)具體情況進(jìn)行 球磨、酸洗等后處理，最后要求至少得到粒度小于 1 ym的氮化硅粉料。但往往 粒度分布較寬，顆粒表面及幾何形狀也不易符合理想要求，這是該法的缺點(diǎn)之一。 該方法合成氮化硅粉料，盡管工藝比較成熟，質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好，粒度也 可以基本滿足，成本較低，但是存

19、在粉料的純度和相組成較難嚴(yán)格控制等問題， 所以還需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善這一工藝，以提高氮化硅粉料的質(zhì)量。 4.氮化硅陶瓷的制造 氮化硅陶瓷制造工藝已經(jīng)經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展史，使其質(zhì)量逐漸提高。而 工藝流程基本未變，因?yàn)橐矊俚湫偷奶沾晒に?，主要是在各個(gè)工藝環(huán)節(jié)上進(jìn)行了 不斷的改進(jìn)。 （1）氮化硅陶瓷制備工藝的主要環(huán)節(jié) 制備氮化硅陶瓷制品的工藝流程一般由原料處理、粉體合成、粉料處理、成 形、生坯處理、燒結(jié)、陶瓷體處理等環(huán)節(jié)組成。詳見圖49 原料處理一氣體浄化、粉萍細(xì)磨*騙洗等. 粉體合成一采用氮化合成、碳熱楚原吒相合成、熱分辭等更中一種n 粉料處理一篩分.配斜.混料、干燥及制漿.造粒等。 成 形一采

20、用半干壓、等靜壓注漿、熱壓耨、車飪等苴中一種. 生坯處理 一修坯、干燥C或排膠、脫蠟)、預(yù)燒結(jié)等. 燒 結(jié) 一采用反應(yīng)、熱壓.常壓.等靜壓.重?zé)Y(jié)等其中一種口 陶瓷體處理一按需要進(jìn)行熱處理、化學(xué)強(qiáng)化、切割、硏磨.接合警 4-9氮化硅晦瓷制備工藝的主要環(huán)節(jié) (2) 主要工藝類型和特點(diǎn) 從圖49中可知，由于幾個(gè)主要環(huán)節(jié)如合成、成形、燒結(jié)可以有多種方法 進(jìn)行選擇，而且有的在次序上也不一定完全一致，因此具體的工藝流程有很多種。 幾個(gè)主要工藝類型及特點(diǎn)詳見表 42。 表42中的幾種工藝制得的氮化硅陶瓷制品不論是在顯微結(jié)構(gòu)上還是在性 能方面都有較大的差別，在制造成本上差距也很大。因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)

21、制品的用途和所需要達(dá)到的性能指標(biāo)，以及價(jià)格等諸因素綜合考慮后進(jìn)行選擇。 W4-2苑化哇廊瓷制備的主要工玄型和特點(diǎn) 工藝類型 主要特點(diǎn) 反應(yīng)燒結(jié)氮化硅 磋粉一成帑T坯體越螫燒錯(cuò)律 熱壓氮化硅 氮化硅粉洌坐壘-燒結(jié)體 富壓燒結(jié)氮化硅 氮化硅粉成形)赴體嵯結(jié)燒結(jié)徉 等靜壓燒結(jié)氮化硅 氮化酬坯體等靜壓雖帥 反應(yīng)重?zé)Y(jié)氮化隹 磋粉 成形坯體越% 前驅(qū)體 (3) 制備高質(zhì)量產(chǎn)品的技術(shù)要求 氮化硅陶瓷制品是我們作為應(yīng)用于苛刻條件下的高溫結(jié)構(gòu)材料而重點(diǎn)介紹 的。尤其是它最有魅力的前景是用于制造全陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)。因此不僅要使材料的性 能盡可能穩(wěn)定，而且必須保證制品的機(jī)械可靠性。 為此，除了需要進(jìn)一步進(jìn)行深 入的理論

22、研究外，作為生產(chǎn)單位必須牢記并在許可的條件下做到純、細(xì)、密、 均質(zhì)”這五個(gè)字既是總的技術(shù)要求，也是工藝技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。 I)純，是指原料盡可能純凈，盡量除去有害的雜質(zhì)，在制備全過程中盡量 避免混入有害雜質(zhì)，燒成的陶瓷體晶界相要少，相組成盡量單一。 n）細(xì)，是指固體原料和中間合成物的粉體顆粒度要細(xì)， 燒成的陶瓷體晶粒 要細(xì)。 川）密，是指成形生坯盡可能致密，燒結(jié)盡可能完全，燒成的陶瓷體氣孔率 盡量低，體積密度盡量接近理論密度。 IV）均質(zhì)，是指粉體的顆粒分布范圍要窄，從成形生坯到燒成陶瓷體都要防 止熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力集中，防止不同步燒結(jié)，盡量減少陶瓷體內(nèi)的缺陷，避免各 向異性。 氮化硅陶瓷的工業(yè)生

23、產(chǎn)絕對(duì)不受資源限制， 合成氮化硅可以通過各種途徑進(jìn) 行，原料來源一般都很容易。二十多年來，氮化硅陶瓷的制備工藝不斷改進(jìn)，生 產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，成本逐漸下降，市場(chǎng)需求也在成倍增長(zhǎng)。因此，氮化硅陶瓷在 新材料領(lǐng)域中具有明顯潛在的競(jìng)爭(zhēng)力量，大有發(fā)展前途。 反應(yīng)燒結(jié)法（RS） 是采用一般成型法，先將硅粉壓制成所需形狀的生坯，放入氮化爐經(jīng)預(yù)氮化 （部分氮化）燒結(jié)處理，預(yù)氮化后的生坯已具有一定的強(qiáng)度，可以進(jìn)行各種機(jī)械 加工（如車、刨、銑、鉆）最后，在硅熔點(diǎn)的溫度以上；將生坯再一次進(jìn)行完 全氮化燒結(jié)，得到尺寸變化很小的產(chǎn)品（即生坯燒結(jié)后，收縮率很小，線收縮率 011% ）.該產(chǎn)品一般不需研磨加工即可使用。反應(yīng)燒結(jié)法適于制造形狀復(fù)雜， 尺寸精確的零件，成本也低，但氮化時(shí)間很長(zhǎng)。 熱壓燒結(jié)法（HPS） 是將Si3N4粉末和少量添加劑（如 MgO、AI2O3、MgF2、Fe2O3等）， 在1916 MPa以上的壓強(qiáng)和1600 C以上的溫度進(jìn)行 熱壓成型燒結(jié)。英國(guó)和美國(guó) 的一些公司采用的 熱壓燒結(jié)Si3N4陶瓷，其強(qiáng)度高達(dá)981MPa以上。燒結(jié)時(shí)添 加物和物相組成對(duì)產(chǎn)品性能有