氮化硅陶瓷材料研究的現(xiàn)狀與發(fā)展

氮化硅陶瓷材料研究的現(xiàn)狀與發(fā)展摘要氮化硅陶瓷是一種理想的高溫結(jié)構(gòu)材料，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。這種材料強(qiáng)度和硬度都很高，抗氧化性、抗蠕變性好。耐腐蝕。本文旨在結(jié)合現(xiàn)有的工藝條件，分析生產(chǎn)的產(chǎn)品的特點(diǎn)。及對(duì)現(xiàn)代科技對(duì)材料的影響，發(fā)現(xiàn)氮化硅材料的制備工藝現(xiàn)狀和日后的發(fā)展關(guān)鍵詞：氮化硅陶瓷，制備工藝，強(qiáng)度，硬度，氮化硅晶體結(jié)構(gòu)正文現(xiàn)代科技的發(fā)展，對(duì)材料的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的材料已經(jīng)適應(yīng)不了現(xiàn)代的要求，開(kāi)發(fā)新的材料已經(jīng)是刻不容緩，這么多年，許多研究所都在不懈努力的研制新的材料，在這個(gè)進(jìn)程中，氮化硅陶瓷材料就被研發(fā)出來(lái)了，氮化硅陶瓷材料在上世紀(jì)世紀(jì)50年代開(kāi)始研發(fā)的，在經(jīng)過(guò)了這些年的發(fā)展，工藝的完善，制備的氮化硅陶瓷更加優(yōu)美，由于氮化硅陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損與耐腐蝕這些特性，廣泛的應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的耐高溫材料、化工中的耐腐蝕材料、核反應(yīng)堆的支撐體等。為了研究出更好的氮化硅材料，人們對(duì)氮化硅材料的研究仍然在繼續(xù)，發(fā)現(xiàn)了更多的成型工藝和燒結(jié)工藝，使得氮化硅材料的生產(chǎn)更加高效，生產(chǎn)的氮化硅陶瓷材料性能越來(lái)越好。耐高溫的溫度上限越來(lái)越高。1、氮化硅材料晶體結(jié)構(gòu)性能Si3N4是共價(jià)鍵化合物，以[Si3N4]四面體為基本單元，由[Si3N4]四面體共用頂角構(gòu)成的三維空間網(wǎng)絡(luò)。由于氮硅結(jié)合的非常牢固（共價(jià)鍵結(jié)合），這使得氮化硅材料具有高強(qiáng)度，高硬度，耐腐蝕性。在高溫，高速，強(qiáng)腐蝕條件下具有特殊的用途。【1】Si3N4是由α-Si3N4和β-Si3N4組成，在結(jié)構(gòu)上兩者不盡相同，β相是由α相轉(zhuǎn)變得到的，β相更趨于穩(wěn)定?！?】圖1.1氮化硅晶體結(jié)構(gòu)2、Si3N4陶瓷的制備工藝Si3N4陶瓷制備工藝發(fā)展迅速，目前Si3N4陶瓷的燒結(jié)工藝有：反應(yīng)燒結(jié)、無(wú)壓燒結(jié)、氣壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、和熱等靜壓燒結(jié)。各種制備工藝會(huì)產(chǎn)生不同的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使得性能產(chǎn)生差異。在現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展、研究的深入，又開(kāi)發(fā)出新的制備工藝-即微波燒結(jié)工藝。（1）反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)氮化硅陶瓷是將硅粉做成所需形狀的胚料，常溫下通入氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)氮化處理，使胚料獲得一定的強(qiáng)度，后進(jìn)行機(jī)械加工成所需的零件形狀，最后進(jìn)行氮化燒結(jié)直到胚體中硅粉完全氮化。這個(gè)工藝成本低，燒結(jié)后就能立刻使用，操作簡(jiǎn)單。實(shí)用性強(qiáng)，但是燒結(jié)產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)差，降低了產(chǎn)品的強(qiáng)度。氣孔率較高?！?】（2）熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷是在氮化硅粉末中加入適量的助劑，在較高溫度和壓強(qiáng)下進(jìn)行燒結(jié)的方法。在燒結(jié)過(guò)程中，邊加壓邊加熱，使得燒結(jié)和成型同時(shí)完成。因?yàn)榈枋菑?qiáng)共價(jià)鍵，所以?xún)H有壓力作用是不行的，所以還必須加入燒結(jié)助劑。在氮化硅陶瓷燒結(jié)后進(jìn)行熱處理，能夠獲得在高溫下強(qiáng)度不會(huì)發(fā)生明顯變化的Si3N4系列材料。在高溫下進(jìn)行預(yù)氧化處理，使一部分氧氣與硅反應(yīng)生成SiO2附著在表面，提高Si3N4陶瓷的耐氧化性。這燒結(jié)方法能生產(chǎn)強(qiáng)度高，密度大的產(chǎn)品，但生產(chǎn)效率低，成本高，只能制造形狀簡(jiǎn)單的產(chǎn)品。且后續(xù)的機(jī)械加工也很困難。（3）無(wú)壓燒結(jié)【4】無(wú)壓燒結(jié)氮化硅陶瓷要求氮化硅粉末極細(xì)化，α相含量高有利于燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行，獲得鑲嵌結(jié)構(gòu)，增進(jìn)胚體的強(qiáng)度。通過(guò)加入有效的燒結(jié)助劑，提高N2氣氛壓力可以抑制氮化硅的熱分解，此法與氣壓燒結(jié)通入氮?dú)庠硐嗤?，再通過(guò)成型，燒結(jié)制備而成?？刂谱”貢r(shí)間。使用Si3N4+BN+MgO（50%：40%：10%）埋粉，這能有效的抑制失重，而且MgO與SiO2反應(yīng)能生成液相，。溶解析出使得氮化硅更加致密?！?.6】這個(gè)方法制備相對(duì)簡(jiǎn)單，低成本就可以獲得氮化硅陶瓷，但燒結(jié)后樣品的收縮率較大，會(huì)影響樣品的品質(zhì)。影響樣品的正常使用。但是其借助了陶瓷注模成型后，能夠制得形狀復(fù)雜的高精度胚體，為一些需要精度高的行業(yè)帶來(lái)了希望，日后的研究克服收縮率就能正式使用了。（4）氣壓燒結(jié)【7】氣壓燒結(jié)氮化硅陶瓷是將氮化硅原材料在2000℃下進(jìn)行燒結(jié)并且通入較高壓強(qiáng)的氮?dú)?，高氣壓的氮?dú)庀履軌蛞种频璧姆纸狻Ｊ沟玫璧姆纸鉁囟忍岣叩?。添加少量燒結(jié)助劑也能促進(jìn)晶粒生長(zhǎng)。這個(gè)方法能制取接近要求尺寸的產(chǎn)品，成本低，不用怎么加工就能投入使用。（5）熱等靜壓燒結(jié)【8】熱等靜壓燒結(jié)氮化硅陶瓷是將氮化硅粉末壓制成胚體置于密封容器中，加入氮?dú)?，在高溫高壓下燒結(jié)而成的，可生產(chǎn)致密度、強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)均勻的氮化硅材料。并且生產(chǎn)周期短，能耗低，樣品性能大幅度提高。有可能在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。（6）微波燒結(jié)【9】微波燒結(jié)在上世紀(jì)80年代開(kāi)始應(yīng)用于陶瓷制備，許多氧化物陶瓷不能在傳統(tǒng)燒結(jié)工藝上制備，但是結(jié)合了微波燒結(jié)后成功制備。由于有獨(dú)特的燒結(jié)機(jī)理?？梢约磿r(shí)發(fā)熱或瞬間停止。提高了效率，這個(gè)方法也提高了致密化速度。得到常規(guī)方法所不能得到的陶瓷產(chǎn)品。由于設(shè)備價(jià)格昂貴，限制了大規(guī)模的生產(chǎn)。無(wú)法應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)。3、Si3N4陶瓷的組織性能氮化硅在常溫下于1870℃分解，氮化硅的熱膨脹系數(shù)低。使得氮化硅陶瓷材料在工業(yè)生產(chǎn)中不會(huì)發(fā)生明顯的變形。氮化硅粉體顏色是灰色。導(dǎo)熱系數(shù)大。氮化硅不溶于水?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，除能與氫氟酸和濃氫氧化鈉反應(yīng)外，不與其他酸和堿反應(yīng)。不會(huì)輕易腐蝕，具有耐腐蝕性。一般來(lái)說(shuō)，氮化硅不與氣體發(fā)生反應(yīng)，所有硅化物中都有一個(gè)特性，那就是Si與氧反應(yīng)能生成SiO2保護(hù)膜，阻礙氧化。這就使得氮化硅具有很強(qiáng)的抗氧化性。氮化硅的硬度高，僅次于金剛石等超硬材料。能夠制成精密的刀具【10】，在車(chē)床上有著很大的運(yùn)用前景。還能防止腐蝕?！?1】4、Si3N4陶瓷的應(yīng)用Si3N4陶瓷的性能非常優(yōu)異。在許多條件下都能勝任，皆是因?yàn)槠鋸?qiáng)度、硬度、抗氧化性能、抗腐蝕性?xún)?yōu)異，結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定，驟熱驟冷時(shí)不會(huì)破碎。因此被廣泛的應(yīng)用于化工、航天航空，機(jī)械工程、冶金工業(yè)、汽車(chē)等領(lǐng)域【12】。4.1化工領(lǐng)域氮化硅陶瓷具有良好的耐磨性和穩(wěn)定的化學(xué)性能。它經(jīng)常用于制造過(guò)濾器、熱交換器部件，具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，一般不發(fā)生反應(yīng)，所以能夠作為大多數(shù)物品的容器，這和冶金行業(yè)的應(yīng)用差不多。4.2航空航天領(lǐng)域由于航空航天設(shè)備返回地球易與大氣層經(jīng)常產(chǎn)生摩擦，產(chǎn)生高溫。要求表面防熱材料耐高溫，絕熱性好，氮化硅陶瓷材料正好能夠滿足這些要求。且氮化硅陶瓷在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)也有應(yīng)用。飛機(jī)減輕重量能減少油耗，降低成本，陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)能有效的解決這個(gè)問(wèn)題【13】。替代傳統(tǒng)耐高溫材料已經(jīng)刻不容緩了。氮化硅陶瓷材料在現(xiàn)代國(guó)防科技的應(yīng)用有廣泛前景。增強(qiáng)了我國(guó)的國(guó)防和軍事能力。美國(guó)通過(guò)氮化硅陶瓷研制出天線罩，能夠抗腐蝕和防潮?！?4】4.3機(jī)械工程領(lǐng)域材料的耐腐蝕性越強(qiáng)，在閥門(mén)的應(yīng)用越有前景，閥門(mén)要求最高的石油工業(yè)，在石油，天然氣，水和二氧化碳等影響下，腐蝕性很強(qiáng)，而氮化硅陶瓷的防腐蝕性能夠輕易克服。利用氮化硅的重量輕和硬度大。可以制造滾動(dòng)軸承，產(chǎn)生的熱量少，在較高的溫度和腐蝕性氣體或液體中工作很長(zhǎng)時(shí)間也沒(méi)事。燃?xì)廨啓C(jī)的葉片要求葉片很薄，形狀復(fù)雜，又要在高溫條件下長(zhǎng)時(shí)間工作，這對(duì)很多性能都有很高的要求，在尺寸精度上也有嚴(yán)格要求。正好是氮化硅陶瓷的不二之選。4.4冶金工業(yè)領(lǐng)域由于氮化硅在高溫下抗氧化性能好，且能生成SiO2阻礙繼續(xù)氧化，在冶金工業(yè)有巨大的發(fā)展空間。不斷的被各國(guó)冶金企業(yè)廣泛的利用。氮化硅陶瓷的耐熱性好，化學(xué)性能穩(wěn)定。這主要用于鑄造反應(yīng)器皿，試驗(yàn)用的坩堝，蒸發(fā)皿等。在冶煉生產(chǎn)線，主要用于測(cè)溫?zé)犭娕继坠堋１ＷC測(cè)量的準(zhǔn)確性。【15】4.5汽車(chē)領(lǐng)域氮化硅陶瓷材料在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，取得了巨大的成果，，發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)磨損率增加，這要求制造氣缸、活塞的材料能耐高溫耐磨損。這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制者們將目光投向了氮化硅陶瓷，并取得了成功，還因此降低汽車(chē)重量來(lái)減少油耗。5氮化硅陶瓷的展望氮化硅陶瓷是一種高溫抗腐蝕材料，能夠在高溫腐蝕領(lǐng)域很好的發(fā)揮其特性，但是，它的高溫強(qiáng)度，高溫蠕變、斷裂韌性等性能還很少有人涉足研究，在現(xiàn)有的制備工藝中，仍然有許多缺點(diǎn)，無(wú)法真正的大范圍的工業(yè)生產(chǎn)，而影響氮化硅全面應(yīng)用的主要因素還是孔隙率較高，致密度不高，如果改善這個(gè)因素，從而使得氮化硅陶瓷更加的優(yōu)良，適用的范圍肯定更加廣泛。這要求研究者繼續(xù)深入研究，爭(zhēng)取早日克服這個(gè)缺陷。氮化硅陶瓷為了取得牢固的地位。就要使得現(xiàn)有的氮化硅陶瓷質(zhì)量更穩(wěn)定。在消除各種變化因素的同時(shí)，盡力降低生產(chǎn)成本。這樣才能促進(jìn)氮化硅陶瓷更加被各行業(yè)所接納。在與硬質(zhì)合金，碳化硅等陶瓷材料的競(jìng)爭(zhēng)中，也要立于不敗之地，簡(jiǎn)化制作工藝，提高耐高溫的上限。還可以通過(guò)使氮化硅與碳化硅的結(jié)合，產(chǎn)生更加優(yōu)秀的材料，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。這是今后研究的重點(diǎn)。參考文獻(xiàn)[1]蔣強(qiáng)國(guó).含三元燒結(jié)助劑氮化硅陶瓷的制備、微觀結(jié)構(gòu)及性能研究[D].廣東工業(yè)大學(xué),2015.[2]豆鵬飛.碳材料增韌氮化硅陶瓷研究進(jìn)展[J].陶瓷,2019(06):54-64.[3]姚冬旭,曾宇平.多孔氮化硅陶瓷制備及其性能研究進(jìn)展[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2019,47(09):1235-1241.[4]WangFeng,GuoJingshu,LiKe,SunJian,ZengYuping,NingCongqin.Highstrengthpolymer/siliconnitridecompositesfordentalrestorations.[J].Dentalmaterials:officialpublicationoftheAcademyofDentalMaterials,2019,35(9).[5]王歡,玄偉東,楊治剛,馬晨凱,趙登科,任忠鳴,王保軍,王江.氮化硅陶瓷的無(wú)壓燒結(jié)工藝優(yōu)化及性能研究[J].硅酸鹽通報(bào),2016,35(09):2747-2752.[6]RahelehNikonamM.,MartinD.Pugh,RobinA.L.Drew.Microstructuralevolutionmechanismofporousreactionbondedsiliconnitrideceramicsheat-treatedintwopowderbeds[J].CeramicsInternational,2019.[7]吳慶文,胡豐,謝志鵬.高性能氮化硅陶瓷的制備與應(yīng)用新進(jìn)展[J].陶瓷學(xué)報(bào),2018,39(01):13-19.[8]李連洲.對(duì)含有Al_2O_3和Y_2O_3的氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷材料彈性性能的研究[J].耐火與石灰,2019,44(05):34-35.[9]徐偉偉,袁軍堂,殷增斌,汪振華.氮化硅陶瓷材料微波燒結(jié)研究現(xiàn)狀[J].硅酸鹽通報(bào),2017,36(01):71-76.[10]WangZhenhua,JiaJiheng,CaoLiyan,SunNing,WangYulin.MicrostructureandMechanicalPropertiesofSparkPlasmaSinteredSi₃N₄/WCCeramicTools.[J].Materials(Basel,Switzerland),2019,12(11).[11]劉杰,蔣強(qiáng)國(guó).含三元燒結(jié)助劑的氮化硅陶瓷刀具切削性能研究[J].陶瓷學(xué)報(bào),2018,39(04):487-491.[12]肖飛,許壯志,薛健,張挽,岳鑫.氮化硅陶瓷氣壓燒結(jié)工藝研究[J].陶瓷學(xué)報(bào),2019,40(03):382-386.[13]孫亞光.氮化硅陶瓷的制備與應(yīng)用[C].中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)陶瓷分會(huì)、遼寧省沈陽(yáng)市法庫(kù)縣政府、遼寧省輕工科學(xué)研究院.2016中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)陶瓷分會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)刊.中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)陶瓷分會(huì)、遼寧省沈陽(yáng)市法庫(kù)縣政府、遼寧省輕工科學(xué)研究院:中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì),2016:221-224.[14]XuejinYang,BinLi,ChangruiZhang,SiqingWang,KunLiu,ChunrongZou.Fabricationandpropertiesofporoussiliconnitridewave-transparentceramicsviagel-castingandpressurelesssintering[J].MaterialsScience&EngineeringA,2016,663.[15]CássioDauber,FelipeVannucchideCamargo,AnneliseKoppAlves,AnaPavlovic,CristianoFragassa,CarlosPérezBergmann.ErosionresistanceofengineeringceramicsandcomparativeassessmentthroughWiederhornandEvansequations[J].Wear,2019,432-433.[1]蔣強(qiáng)國(guó).含三元燒結(jié)助劑氮化硅陶瓷的制備、微觀結(jié)構(gòu)及性能研究[D].廣東工業(yè)大學(xué),2015.Si3N4四面體是由4個(gè)N原子，一個(gè)Si原子組成，是以強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合。Si原子位于[SiN4]四面體的中心，四面體的四個(gè)頂點(diǎn)為四個(gè)N原子。每3個(gè)[Si3N4]四面體共用一個(gè)N原子的形式，在三維空間進(jìn)行連續(xù)的堆垛，形成堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種強(qiáng)共價(jià)鍵使得Si3N4具有高強(qiáng)度、高硬度、高溫穩(wěn)定性以及良好的絕緣性能等。強(qiáng)共價(jià)鍵鍵能很強(qiáng)，不易斷裂，需要通過(guò)高溫?zé)Y(jié)才能使Si3N4陶瓷燒結(jié)致密。[2]豆鵬飛.碳材料增韌氮化硅陶瓷研究進(jìn)展[J].陶瓷,2019(06):54-64.研究證明:α相→β相是重建式轉(zhuǎn)變,認(rèn)為α相和β相除了在結(jié)構(gòu)上有對(duì)稱(chēng)性高低的差別外,并沒(méi)有高低溫之分,β相只不過(guò)在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的;α相對(duì)稱(chēng)性低,容易形成。在高溫下α相發(fā)生重建式轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)化為β相,某些雜質(zhì)的存在有利于α相→β相的轉(zhuǎn)變。[3]姚冬旭,曾宇平.多孔氮化硅陶瓷制備及其性能研究進(jìn)展[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2019,47(09):1235-1241.松散堆積的硅粉氮化反應(yīng)后形成了具有一定結(jié)合強(qiáng)度并且保持原有形狀的燒結(jié)體，這種在反應(yīng)的同時(shí)并實(shí)現(xiàn)氮化硅材料燒結(jié)的工藝很快引起了研究人員的關(guān)注。反應(yīng)燒結(jié)不僅具有低成本，近尺寸燒結(jié)的特點(diǎn)，同時(shí)擁有較為可觀的強(qiáng)度。[4]WangFeng,GuoJingshu,LiKe,SunJian,ZengYuping,NingCongqin.Highstrengthpolymer/siliconnitridecompositesfordentalrestorations.[J].Dentalmaterials:officialpublicationoftheAcademyofDentalMaterials,2019,35(9).方法采用凝膠鑄造和無(wú)壓燒結(jié)法制備多孔氮化硅陶瓷。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了聚合物滲透，固化后得到復(fù)合材料。用三點(diǎn)彎曲法和掃描電鏡分別測(cè)定了多孔陶瓷支架和聚合物滲透復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和微觀結(jié)構(gòu)。用能譜儀觀察了聚合物滲透陶瓷的相分布。用人牙齦成纖維細(xì)胞(HGFs)進(jìn)行細(xì)胞相容性和IL-6釋放的評(píng)價(jià)。用掃描電鏡觀察細(xì)胞形態(tài)。結(jié)果多孔陶瓷的孔隙率和機(jī)械強(qiáng)度分別為45.1~49.3%和171.8~262.3mpa。聚合物滲透復(fù)合材料的雙連續(xù)結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的力學(xué)性能。[5]王歡,玄偉東,楊治剛,馬晨凱,趙登科,任忠鳴,王保軍,王江.氮化硅陶瓷的無(wú)壓燒結(jié)工藝優(yōu)化及性能研究[J].硅酸鹽通報(bào),2016,35(09):2747-2752.氣孔率隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)先降后升,至2h時(shí)達(dá)到最低值,而抗彎強(qiáng)度隨保溫時(shí)間的變化規(guī)律正好相反。適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)保溫時(shí)間可以促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大,使氮化硅陶瓷致密度提高,但是過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)多的液相,不利于燒結(jié)體的致密化,另外會(huì)導(dǎo)致一些晶粒異常長(zhǎng)大,引起樣品內(nèi)局部應(yīng)力集中,進(jìn)而對(duì)氣孔率和抗彎強(qiáng)度造成影響。[6]RahelehNikonamM.,MartinD.Pugh,RobinA.L.Drew.Microstructuralevolutionmechanismofporousreactionbondedsiliconnitrideceramicsheat-treatedintwopowderbeds[J].CeramicsInternational,2019.采用硅粉直接氮化法制備了具有不同晶粒形貌的多孔硅。討論了在1425~1700℃溫度下，起始硅和粉體中加入MgO對(duì)孔隙微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和形貌的影響。在分別的存在,α-Si3N4顆粒與晶粒形態(tài)導(dǎo)致了相互聯(lián)系的組織與球面毛孔。[7]吳慶文,胡豐,謝志鵬.高性能氮化硅陶瓷的制備與應(yīng)用新進(jìn)展[J].陶瓷學(xué)報(bào),2018,39(01):13-19.氣壓燒結(jié)是一種在陶瓷的高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中配合一定氣體壓力的燒結(jié)方法。其氣體壓力一般維持在1-10MPa,目的是防止陶瓷材料在提高燒結(jié)溫度條件下產(chǎn)生分解和失重,從而制備具有高致密度的陶瓷制品。[8]李連洲.對(duì)含有Al_2O_3和Y_2O_3的氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷材料彈性性能的研究[J].耐火與石灰,2019,44(05):34-35.用熱等靜壓法和等離子火花放電燒結(jié)法制成的氮化硅陶瓷的楊氏模量要比采用冷等靜壓法和化合反應(yīng)法制成的氮化硅陶瓷的同類(lèi)指標(biāo)高許多。但是,由于采用熱等靜壓法和等離子火花放電燒結(jié)法制成的氮化硅陶瓷的價(jià)格昂貴,所以采用冷等靜壓法和化合反應(yīng)法制成的氮化硅陶瓷在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都是最適合的可選方法之一。[9]徐偉偉,袁軍堂,殷增斌,汪振華.氮化硅陶瓷材料微波燒結(jié)研究現(xiàn)狀[J].硅酸鹽通報(bào),2017,36(01):71-76.微波燒結(jié)是一種無(wú)需熱傳導(dǎo)的工藝方法,無(wú)熱慣性,可即時(shí)發(fā)熱或瞬時(shí)停止,具有高效、節(jié)能、無(wú)污染的特點(diǎn)。除此之外,許多學(xué)者對(duì)氮化硅微波燒結(jié)與傳統(tǒng)燒結(jié)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)采用微波燒結(jié)氮化硅還具有許多其它優(yōu)勢(shì):[10]WangZhenhua,JiaJiheng,CaoLiyan,SunNing,WangYulin.MicrostructureandMechanicalPropertiesofSparkPlasmaSinteredSi₃N₄/WCCeramicTools.[J].Materials(Basel,Switzerland),2019,12(11).氮化硅(Si3N4)基陶瓷刀具在切削灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和高溫合金等材料時(shí)具有良好的切削性能。本文研究了含碳化鎢(WC)和鈷(Co)的高性能氮化硅基陶瓷刀具。分析了WC含量和Co含量對(duì)si3n4基陶瓷材料力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明,Si3N4-based陶瓷材料包含10wt%WC和1wt%股份有限公司有最好的綜合機(jī)械性能的燒結(jié)溫度為1650°C和保持時(shí)間6分鐘,實(shí)現(xiàn)維氏硬度,斷裂韌性,室溫抗彎強(qiáng)度16.96的績(jī)點(diǎn),7.26MPa·m1/2,分別和1132MPa。氮化硅基陶瓷刀具材料組織均勻，未見(jiàn)明顯異常生長(zhǎng)。Si3N4-based陶瓷工具主要是由α-Si3N4,β-Si3N4,WC階段。[11]劉杰,蔣強(qiáng)國(guó).含三元燒結(jié)助劑的氮化硅陶瓷刀具切削性能研究[J].陶瓷學(xué)報(bào),2018,39(04):487-491.Si3N4陶瓷的抗磨損能力，除考慮斷裂韌性和硬度外，晶間第二相的影響不容忽視。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)熱處理使第二相由玻璃相轉(zhuǎn)化為結(jié)晶相對(duì)刀具壽命的提高作用是明顯的，并且這一結(jié)論對(duì)于其他非刀具領(lǐng)域的氮化硅耐磨部件也有應(yīng)用意義?？梢赃M(jìn)一步研究不同結(jié)晶相的不同作用用碳纖維補(bǔ)強(qiáng)氮化硅陶瓷可以提高基體的斷裂強(qiáng)度。普通的氮化硅陶瓷表面和內(nèi)部總會(huì)存在微小的裂紋和缺陷,在外加負(fù)荷的作用下,往往裂紋或缺陷間斷產(chǎn)生應(yīng)力集中,使裂紋迅速擴(kuò)展,呈現(xiàn)脆性斷裂。當(dāng)?shù)杼沾审w內(nèi)存在較高的彈性模量纖維時(shí)裂紋的擴(kuò)散會(huì)受到纖維的阻礙,吸收剩余的能量,消除裂紋、缺陷尖端集中的應(yīng)力,阻止裂紋延伸。在外加負(fù)荷很大的時(shí)候,碳纖維從基體中拔出,也能吸收相當(dāng)?shù)哪芰?提高斷裂能。[12]肖飛,許壯志,薛健,張挽,岳鑫.氮化硅陶瓷氣壓燒結(jié)工藝研究[J].陶瓷學(xué)報(bào),2019,40(03):382-386.氮化硅陶瓷由于具有質(zhì)量輕、耐溫、耐腐蝕、隔熱、絕緣、低膨脹、抗氧化、高強(qiáng)度、和優(yōu)良抗熱沖擊性等優(yōu)良特性,是結(jié)構(gòu)陶瓷中研究最為廣泛深入的材料。在化工、紡織、航空航天、冶金、機(jī)械、石油、交通、電子等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景[13]孫亞光.氮化硅陶瓷的制備與應(yīng)用[C].中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)陶瓷分會(huì)、遼寧省沈陽(yáng)市法庫(kù)縣政府、遼寧省輕工科學(xué)研究院.2016中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)陶瓷分會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)刊.中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)陶瓷分會(huì)、遼寧省沈陽(yáng)市法庫(kù)縣政府、遼寧省輕工科學(xué)研究院:中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì),2016:221-224.目前，氮化硅已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域。美國(guó)通用電氣公司在2005年大量生產(chǎn)的新一代空中客車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)引擎中主要采用了氮化硅原料。大飛機(jī)發(fā)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的高溫達(dá)1600℃，目前主要使用了鎳基耐高溫材料。我國(guó)計(jì)劃到2020年，用氮化硅陶瓷材料代替金屬材料。國(guó)際航空航