景德镇晶达新材料有限公司

Si3N4 陶瓷的制備技術(shù)在過去幾年發(fā)展很快，制備工藝主要集中在反應(yīng)燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)法和常壓燒結(jié)法、氣壓燒結(jié)法等類型. 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，**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**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。一般來說，高質(zhì)量的Si3N4 粉應(yīng)具有α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α相至少應(yīng)占90%，這是由于Si3N4 在燒結(jié)過程中,部分α相會(huì)轉(zhuǎn)變成β相，而沒有足夠的α相含量，就會(huì)降低陶瓷材料的強(qiáng)度。

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). 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，尺寸準(zhǔn)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、Al2O3、MgF2、Fe2O3 等），在1916 MPa以上的壓強(qiáng)和1600 ℃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)品性能有很大的影響。由于嚴(yán)格控制晶界相的組成，以及在Si3N4 陶瓷燒結(jié)后進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚钥梢垣@得即使溫度高達(dá)1300 ℃時(shí)強(qiáng)度（可達(dá)490MPa以上）也不會(huì)明顯下降的Si3N4系陶瓷材料，而且抗蠕變性可提高三個(gè)數(shù)量級(jí)。若對(duì)Si3N4 陶瓷材料進(jìn)行1400———1500 ℃高溫預(yù)氧化處理，則在陶瓷材料表面上形成Si2N2O相，它能顯著提高Si3N4 陶瓷的耐氧化性和高溫強(qiáng)度。熱壓燒結(jié)法生產(chǎn)的Si3N4 陶瓷的機(jī)械性能比反應(yīng)燒結(jié)的Si3N4 要優(yōu)異，強(qiáng)度高、密度大。但制造成本高、燒結(jié)設(shè)備復(fù)雜，由于燒結(jié)體收縮大，使產(chǎn)品的尺寸精度受到一定的限制，難以制造復(fù)雜零件，只能制造形狀簡(jiǎn)單的零件制品，工件的機(jī)械加工也較困難。

常壓燒結(jié)法（ PLS)

在提高燒結(jié)氮?dú)夥諌毫Ψ矫妫肧i3N4 分解溫度升高（通常在N2 = 1atm氣壓下，從1800℃開始分解）的性質(zhì)，在1700———1800℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行常壓燒結(jié)后，再在1800———2000℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行氣壓燒結(jié)。該法目的在于采用氣壓能促進(jìn)Si3N4 陶瓷組織致密化，從而提高陶瓷的強(qiáng)度.所得產(chǎn)品的性能比熱壓燒結(jié)略低。這種方法的缺點(diǎn)與熱壓燒結(jié)相似。

氣壓燒結(jié)法（ GPS)

近幾年來,人們對(duì)氣壓燒結(jié)進(jìn)行了大量的研究，獲得了很大的進(jìn)展。氣壓燒結(jié)氮化硅在1 ～10MPa氣壓下，2000℃左右溫度下進(jìn)行。高的氮?dú)鈮阂种屏说璧母邷胤纸狻Ｓ捎诓捎酶邷責(zé)Y(jié)，在添加較少燒結(jié)助劑情況下，也足以促進(jìn)Si3N4晶粒生長(zhǎng)，而獲得密度>; 99%的含有原位生長(zhǎng)的長(zhǎng)柱狀晶粒高韌性陶瓷. 因此氣壓燒結(jié)無論在實(shí)驗(yàn)室還是在生產(chǎn)上都得到越來越大的重視. 氣壓燒結(jié)氮化硅陶瓷具有高韌性、高強(qiáng)度和好的耐磨性，可直接制取接近形狀的各種復(fù)雜形狀制品，從而可大幅度降低生產(chǎn)成本和加工費(fèi)用. 而且其生產(chǎn)工藝接近于硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

研究現(xiàn)狀編輯

對(duì)于Si3N4以及Sialon陶瓷燒結(jié)體，現(xiàn)已提供了一種不用形成復(fù)合材料而保持單一狀態(tài)的、利用超塑性進(jìn)行成型的工藝，并提供了一種根據(jù)該工藝成型出的燒結(jié)體。把相對(duì)密度在95%以上、線密度對(duì)于燒結(jié)體的二維橫截面上的50μm的長(zhǎng)度在120～250范圍內(nèi)的氮化硅及Sialon燒結(jié)體；在1300～1700℃的溫度下通過拉伸或壓縮作用使其在小于10-1/秒的應(yīng)變速率下發(fā)生塑性形變從而進(jìn)行成型。成型后的燒結(jié)體在常溫下具有優(yōu)異的機(jī)械性能。

Si3N4 陶瓷是一種重要的結(jié)構(gòu)材料，它是一種超硬物質(zhì)，本身具有潤(rùn)滑性，并且耐磨損；除氫氟酸外，它不與其他無機(jī)酸反應(yīng)，抗腐蝕能力強(qiáng)，高溫時(shí)抗氧化. 而且它還能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1,000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會(huì)碎裂. 正是由于Si3N4 陶瓷具有如此優(yōu)異的特性，人們常常利用它來制造軸承、氣輪機(jī)葉片、機(jī)械密封環(huán)、永 久性模具等機(jī)械構(gòu)件. 如果用耐高溫而且不易傳熱的氮化硅陶瓷來制造發(fā)動(dòng)機(jī)部件的受熱面，不僅可以提高柴油機(jī)質(zhì)量，節(jié)省燃料，而且能夠提高熱效率. 中國(guó)及美國(guó)、日本等**都已研制出了這種柴油機(jī)