氮化硅陶瓷的制备及性能研究进展
高强韧高导热氮化硅陶瓷弹簧的制备及性能研究方案(二)
高强韧高导热氮化硅陶瓷弹簧的制备及性能研究方案一、实施背景随着科技的快速发展和产业结构的不断变革，新型材料的需求日益增长。
氮化硅陶瓷作为一种具有优异性能的新型陶瓷材料，其高强韧、高导热的特性使其在许多领域具有广泛的应用前景。
本研究方案旨在制备高强韧、高导热氮化硅陶瓷弹簧，并对其性能进行深入探讨，以满足产业结构改革的需求。
二、工作原理氮化硅陶瓷的制备原理主要基于硅和氮元素的化学反应。
在高温高压条件下，硅和氮元素反应生成氮化硅陶瓷。
通过控制反应条件，如温度、压力、原料比例等，可以调节氮化硅陶瓷的显微结构和性能。
在制备弹簧形状时，首先将氮化硅陶瓷粉末进行成型和干燥，然后进行烧结。
烧结过程中，陶瓷颗粒之间会发生致密化，形成具有一定弹性的三维网络结构。
通过控制烧结温度和时间，可以调整弹簧的力学性能和导热性能。
三、实施计划步骤1.原料准备：选择纯度较高的硅粉和氮气作为原料，确保原料中杂质含量较低，以获得高质量的氮化硅陶瓷。
2.成型和干燥：将硅粉和氮气混合并成型为弹簧形状，然后进行干燥，以去除原料中的水分。
3.烧结：将干燥后的样品在高温下进行烧结，使硅粉和氮气发生化学反应，生成氮化硅陶瓷。
通过控制烧结温度和时间，调节陶瓷的显微结构和性能。
4.性能测试：对制备得到的氮化硅陶瓷弹簧进行力学性能和导热性能的测试，包括弹性模量、抗拉强度、导热系数等。
5.数据分析：根据测试结果，分析氮化硅陶瓷弹簧的力学性能和导热性能与制备条件的关系，优化制备工艺。
四、适用范围本研究的成果可应用于以下领域：1.机械工程：高强韧、高导热的氮化硅陶瓷弹簧可用于制造高性能机械部件，如轴承、齿轮等。
其优良的力学性能和导热性能可以提高机械设备的稳定性和使用寿命。
2.汽车工业：氮化硅陶瓷弹簧在汽车工业中具有广泛的应用前景，如发动机部件、传动系统等。
其高导热性能有助于提高发动机效率，同时高强韧性能可以提高汽车的安全性。
3.航空航天：在航空航天领域，氮化硅陶瓷弹簧因其高强韧性和轻质特性，可用于制造航空航天器中的高性能弹性元件。
氮化硅材料的制备与优化
氮化硅材料的制备与优化氮化硅是一种先进的材料，具有高温、高硬度、高耐磨、高化学稳定性等优良性能，被广泛应用于半导体、能源、照明、航空航天等领域。
氮化硅材料的制备与优化是实现其广泛应用的必要步骤。
一、氮化硅材料的制备方法1.氮化硅粉末制备法氮化硅粉末是制备氮化硅陶瓷的最基础材料。
目前制备氮化硅粉末的方法主要有两种：气相法和固相法。
气相法是将硅源和氨气混合，在高温下反应生成氮化硅粉末。
但气相法制备的氮化硅粉末成本高，难以控制粒径分布，通常用于制备高纯度、细颗粒的氮化硅粉末。
固相法是将硅和氨在高温下进行固相反应，生成氮化硅粉末。
这种方法简单易行，材料成本低，但是氮化硅粉末的纯度和晶相受到限制。
2.氮化硅制备法除了粉末制备法，氮化硅还可以通过其他方式进行制备，如反应烧结法、热压法、等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）、离子束沉积法（IBAD）等。
* 反应烧结法：将氮化硅粉末与其他添加剂混合后，在高温下进行烧结得到氮化硅陶瓷。
该法制备的氮化硅陶瓷密度高、硬度大，但是制备周期长、成本高。
* 热压法：将氮化硅粉末以及其他添加剂加热至一定温度，随后利用高压使粉末烧结，形成氮化硅陶瓷。
与反应烧结法相比，热压法的制备周期短、精度高，但成本仍然相对较高。
* PECVD法：该法通过等离子体对硅源和氨气反应生成氮化硅薄膜。
PECVD法制备的薄膜具有良好的光学、电学、力学性能，可以应用于光学涂层、电子器件等领域。
* IBAD法：该法通过电子束或离子束轰击氮化硅陶瓷基板并沉积氮化硅薄膜，可以制备高质量、高均匀性的氮化硅陶瓷基板和薄膜。
二、氮化硅材料的优化设计除了制备方法，氮化硅材料的优化设计也是提高其性能的重要方法。
氮化硅的优化设计主要包括以下几个方面：1.控制晶相晶相是氮化硅材料的一个重要性能指标。
硅-氮化硅体系共有3种晶相：α-氮化硅，β-氮化硅和δ-氮化硅。
α-氮化硅具有高硬度、高熔点、低膨胀系数等优良性能。
但是，α-氮化硅的加工难度大，易出现裂纹；β-氮化硅制备成本低，加工性良好；δ-氮化硅的抗裂纹性能最好，但硬度较低。
高导热氮化硅陶瓷制备方法
高导热氮化硅陶瓷制备方法
氮化硅陶瓷的制备方法有很多种，包括以下两种方法：
第一种，以β-Si3N4粉体与外加10%-15%高纯AlN粉体和外加10%-20%助熔剂质量比例混合，采用热压烧结技术制备。
在制备过程中，先将混合后的粉料放在4MPa压力下成型，然后放入石墨模具中，在10-35MPa，1650℃-1850℃，保温时间1-10h条件下热压烧结。
第二种，卤化硅氨解法。
硅的卤化物（SiCl4、SiBr等）或硅的氢卤化物（SiHCl3、SiH2Cl2、SiHI等）与二氧化氮或是N2产生有机化学气相反应，转化成氮化硅。
在超低温下先由硅的卤化物或氢卤化物转化成硅亚胺，再由硅亚胺加温溶解获得氮化硅。
以上是氮化硅陶瓷制备方法的大致介绍，具体的操作流程和所需条件可能会有所不同，可以根据实验需要查阅相关的资料进行更详细地了解。
氮化硅材料的合成及应用研究
氮化硅材料的合成及应用研究氮化硅（Si3N4）是一种高温、高强度、高硬度、高氧化性的陶瓷材料。
它的硬度可以达到9.5，比钢或者钨钢还要硬。
加上氮化硅的高温性能，使得氮化硅成为了众多领域中的最佳选择。
它被广泛应用于电子、机械、化学、医药等多个领域。
氮化硅的合成方法有多种。
其中比较常用的方法有热氮化法、共沉淀法、热等静压法和光化学气相沉积（CVD）法等。
这里对其中几种方法做简单介绍：一、热氮化法热氮化法是利用硅和氨气反应生成氨基硅烷后进行高温煅烧制备氮化硅的一种方法。
此过程首先通过加热硅和氨气反应生成氨基硅烷，然后将其置于高温下，使氮化硅形成。
这种方法比较简单，但需要高温下进行，因此能生成的氮化硅块材或晶粒尺寸较大。
二、共沉淀法共沉淀法是将硅和氨水、硝酸等反应生成富含Si和N元素的溶胶群簇，然后通过热处理或者自行燃烧等方式制备出氮化硅陶瓷。
此法合成氮化硅陶瓷的过程中形成的氮化硅粒子尺寸较小，物理和机械性质均较好。
三、热等静压法热等静压法将混合氮化硅陶瓷和氮化硼添加剂，进行一定压制，然后进行烧结和热等静压。
此法制备出的氮化硅陶瓷具有较大的抗断裂强度和低气蚀性。
四、CVD法CVD法是通过在氮和硅源气体中沉积氮化硅。
CVD技术制备高纯度、高品质的氮化硅薄膜和单晶。
此法能使氮化硅的晶界密度更小，氧化皮更薄，纯度更高，尺寸更均匀。
除了上述合成方法外，还有较为注重的一种“溶胶-凝胶”法。
此法首先通过硅与氨水等反应生成富含Si、N元素的凝胶，然后辅由高温处理制备出氮化硅陶瓷。
此法制备出的氮化硅陶瓷具有密度大、无明显孔隙、耐热、抗腐蚀、强韧性等特点。
同时，工艺简单，适合批量生产，因此在许多领域得到了广泛应用。
氮化硅材料的应用十分广泛，其中最为显著的是用于制造电子和光电器件。
例如，氮化硅可以用来制造制备LED的芯片、蓝光激光器的制造、太阳能电池的制造等。
此外，在制造有耐高温性能要求的零部件时，氮化硅也被广泛应用。
例如，氮化硅可用于生产转子、引擎配件、钻头等工业部件。
高强高热导氮化硅陶瓷的制备及性能研究的开题报告
高强高热导氮化硅陶瓷的制备及性能研究的开题报告
一、选题背景
随着科学技术的不断发展，人们对材料的要求也越来越高。
特别是在高温、高压、高速等极端环境下，材料必须具有良好的机械性能、耐磨性能和耐高温、高热性能。
氮化硅陶瓷作为一种高强度、高硬度、高耐热、高耐腐蚀性能的陶瓷材料，已经成为
了高端工业领域的热门材料之一。
然而，氮化硅陶瓷的导热系数无法满足某些特殊领
域的需求，因此开发高强高热导氮化硅陶瓷是非常有必要的。
二、研究目的
本研究旨在制备一种高强高热导的氮化硅陶瓷材料，探究其热导特性和力学性能，为高端工业领域提供优质的材料选择。
三、研究内容
1. 氮化硅陶瓷的制备：采用高温烧结和反应烧结法制备高强高热导氮化硅陶瓷。
2. 材料性能测试：对制备的氮化硅陶瓷进行热传导性能、力学性能等多方面的测试，分析其输运行为。
3. 结构表征：利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等方法对氮化硅陶瓷的微观结构进行表征。
四、预期成果
通过本研究，可以得到一种高强高热导的氮化硅陶瓷材料，为高端工业领域提供优质的材料选择。
同时，对氮化硅陶瓷的制备和性能特征的深入研究也可以为相关领
域的研究提供借鉴和推动。
氮化硅陶瓷牙科修复材料研究进展
氮化硅陶瓷牙科修复材料研究进展摘要：氮化硅陶瓷牙科修复材料作为一种新型高性能陶瓷牙科修复材料已经引起广泛关注。
其优点包括高硬度、高强度、高温度稳定性、良好的生物相容性等。
本文综述氮化硅陶瓷牙科修复材料的制备及应用领域，着重介绍了其在全瓷牙修复、全口修复、种植修复、颜色修复、外科修复和辅助设备制作等方面的应用。
同时，还对当前研究中存在的问题及未来研究方向进行了分析和探讨。
关键词：氮化硅陶瓷；牙科修复材料；研究一、氮化硅胶瓷的基本特性1. 化学成分和微观结构特性：氮化硅陶瓷是由氮化硅（Si3N4）颗粒和玻璃相组成的复合材料。
其中，氮化硅晶体的晶粒尺寸一般为0.5~3μm，玻璃相的成分包括硅酸盐和氧化铝。
氮化硅陶瓷具有高硬度，高抗磨性、高强度、高耐热性、低密度、低热膨胀系数、优异的绝缘性能和化学稳定性。
2. 物理力学性能：氮化硅陶瓷具有极高的硬度（达到20GPa以上）、优异的抗弯强度、抗压强度和断裂韧性。
其力学性能取决于氮化硅晶体和玻璃相之间的相互作用，因此，材料的制备方法和烧结工艺对其力学性能有很大影响。
3. 生物相容性：氮化硅陶瓷在医学领域应用广泛，如人工关节、牙科种植体等医疗器械中均有使用。
其生物相容性良好，不会引起明显的毒性反应和排斥反应，而且能够促进骨细胞的附着和生长，有利于修复和再生骨组织。
然而，其使用仍需谨慎，需要充分考虑材料的生物相容性、力学性能和制备工艺等因素。
二、氮化硅陶瓷牙科修复材料的优缺点氮化硅陶瓷牙科修复材料被广泛应用于牙科修复领域，并受到了牙医和患者的认可。
以下是氮化硅陶瓷牙科修复材料的优缺点。
（一）优点1. 良好的生物相容性：氮化硅陶瓷材料具有良好的生物相容性，不引起过敏、溶解或其他不良反应。
2. 良好的美观性：氮化硅陶瓷材料具有良好的透明度和颜色稳定性，与牙齿自然相似，可以有效地改善牙齿的外表美观度。
1 北京中医药大学东直门医院口腔科3. 良好的力学性能：氮化硅陶瓷材料具有良好的强度和硬度，可以承受牙齿的咬合力和咀嚼力。
氮化硅陶瓷的制备及其应用
氮化硅陶瓷的制备及其应用The document was finally revised on 2021氮化硅陶瓷的制备及其应用摘要：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。
关键词：氮化硅陶瓷，制备方法，增韧，研究进展，应用基本性质：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。
制备方法：氮化硅陶瓷的制备技术发展很快，由于Si3N4是强共价化合物，其扩散系数、致密化所必须的体积扩散及晶界扩散速度、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。
目前氮化硅陶瓷烧结工艺方法主要有：常压烧结、反应烧结、热压烧结、气压烧结等。
1：常压烧结：常压烧结是以高纯、超细、高α相含量的氮化硅粉末与少量助烧剂混合，通过成形、烧结等工序制备而成。
由于常压烧结法很难制备高密度的纯氮化硅材料，为了获得高性能的氮化硅材料，需要加入助烧剂与Si3N4粉体表面的SiO2反应,在高温下形成液相，活化烧结过程，通过溶解析出机制使其致密。
氮化硅材料的制备及应用研究
氮化硅材料的制备及应用研究氮化硅（Si3N4）是一种重要的陶瓷材料，具有许多优异的特性，如高硬度、高强度、高耐腐蚀性、高温稳定性、低导热性和高绝缘性。
因此，氮化硅在航空航天、汽车、电子和工业等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍氮化硅材料的制备及其应用研究。
一、氮化硅的制备方法氮化硅的制备方法包括烧结法、化学气相沉积法（CVD法）、热解法、熔体浸渍法和溶胶-凝胶法等。
其中，CVD法和溶胶-凝胶法是最常用的方法。
CVD法是将氮化硅前体气体通过加热分解在衬底上进行生长的方法。
该方法制备的氮化硅可以控制成薄膜、管状物或纳米颗粒。
该方法的优点是制备简单、精度高、工艺可控，但成本相对较高。
溶胶-凝胶法是将氮化硅前体的溶胶凝胶化后进行加热烧结得到氮化硅的方法。
该方法制备的氮化硅具有高密度、均匀、无孔、无裂纹的特点。
该方法的优点是成本低、可制备成形材料，但工艺门槛较高，难度较大。
二、氮化硅的应用研究1. 电子工业作为高性能半导体材料，氮化硅被广泛应用于电子工业中。
例如，氮化硅薄膜可以用于制造高频率元件和光电子器件，如GaN PHEMT和LED。
此外，氮化硅也可以用于制造高功率密度电子器件，如高电压、高频率和高温度功率器件等。
2. 航空航天由于氮化硅具有高温稳定性、高强度和高硬度等特点，因此被广泛应用于航天器的发动机、热防护和涡轮机叶片等零部件的制造中。
例如，将热解制备的氮化硅纤维用于制造碳基复合材料可以提高其高温稳定性和耐压性能，将氮化硅涂层应用于航空航天器表面可以有效提高其热防护能力。
3. 汽车工业氮化硅可以用作汽车零部件的制造材料，如氮化硅纤维可以用于制造刹车片和轮胎帘布等，具有高温稳定性和高耐磨性，可以有效提高汽车的制动性能和耐久性。
4. 工业机械氮化硅的高硬度、高耐磨性和低摩擦系数等特点也使其被广泛应用于工业机械领域。
例如，氮化硅可以用于制造高强度刀具、磨料、轴承和阀门等，可以提高机械的使用寿命和效率。
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由表 3 可以看出，目前对多孔氮化硅陶瓷的气孔结构（气 孔率和气孔尺寸）的控制，以及材料组织结构的控制和力学性 能的改善仍未得到有效的解决， 这也将是今后重点的研究方 向，相对于其它多孔陶瓷材料，多孔氮化硅陶瓷的制备工艺要 求、成本都很高，在实际应用中受到很大限制，因此简化制备 工艺、降低工艺成本、实现批量工业化生产是今后研究的重 点。
（1）改变晶间相成分，提高耐火性。 在烧结过程中使用能 形 成 高 耐 火 度 晶 间 相 的 氧 化 物 作 助 烧 剂 ， [15-16] 如 ：Y2O3、La2O3、 SiO2-BaO-Al2O3 等 。 虽 然 此 种 方 法 可 以 提 高 氮 化 硅 陶 瓷 的 高 温性能，但是，由于形成烧结所需液相的温度高不利于材料的 致密化，而且需要提高烧结温度，增加成本。
3 Si3N4 陶瓷性能研究
3.1 Si3N4 陶瓷的高温性能 在氮化硅陶瓷的烧结过程中， 由于助烧剂与二氧化硅反
6 江苏陶瓷 Jiangsu Ceramics
2011 年 12 月 第 44 卷 第 6 期
表 3 多孔氮化硅陶瓷制备方法比较
制备方法
优点
缺点
添加造孔剂 孔隙率可以控制
孔隙分布不均匀
反应烧结是把硅粉或硅粉与氮化硅粉的混合物成形后， 在 1 200 ℃左右通氮气进行预氮化处理，之后机械加工成所需 零件，最后在 1 400 ℃左右进行最终氮化烧结。其主要反应有：
3Si+2N2圮Si3N4 (1) 在反应炉中，随着炉温的不断升高，氮气的活性增强，当 达到一定温度 1 100~1 200 ℃时，氮气和硅粉发生（1）式反应， 反应放出能量并传给周围硅原子，使之活化并继续反应，随着 反应不断深入坯体内部，硅粉也不断氮化生成氮化硅。 其工艺流程如图 1 所示[7]： 2.3 热压烧结 热 压 烧 结 是 将 Si3N4 粉 末 和 少 量 添 加 剂 （如 MgO、Al2O3、 MgF2、Fe2O3 等） 在 19.6 MPa 以 上 的 压 强 和 1 600 ℃以 上 的 温 度进行热压成型烧结。 英国和美国的一些公司采用热压烧结 Si3N4 陶瓷，其 强 度 达 到 981 MPa 以 上 。 热 压 烧 结 时 添 加 物 和
第 44 卷第 6 期
4
2011 年 12 月
江苏陶瓷 Jiangsu Ceramics
Vol.44,No.6 December，2011
氮化硅陶瓷的制备及性能研究进展
王会阳 1，李承宇 1，刘德志 2
（1.中国矿业大学材料科学与工程学院，徐州 221116；2.江苏省陶瓷研究所有限公司，宜兴 214221）
多孔陶瓷材料是指经高温烧制而成， 体内具有相通或闭 合气孔的陶瓷材料。 因其具有优良的均匀透过性、较低的热传
导性、耐高温、抗腐蚀等性能被广泛地应用于多个科学领域。 对于多孔氮化硅陶瓷是建立在氮化硅陶瓷和多孔陶瓷的基础 上逐渐发展起来的一种新型多孔陶瓷材料， 因其能够发挥氮 化硅陶瓷和多孔陶瓷两者的优异性能而被国内外材料界广泛 关注。 多孔氮化硅陶瓷作为一种新型的“结构-功能”一体化陶 瓷材料具有很多特性，包括耐热性能好、化学稳定性好、几何 表面积与体积比高、具有高度开口内连的气孔、具有良好的机 械强度和刚度，在气压、液压或其它应力负载下多孔体的孔道 形 状 和 尺 寸 不 发 生 改 变 等 [10]。
(2)晶界玻璃相的晶化处理。 晶化处理就是烧结后的氮化 硅陶瓷再经过一定时间的热处理， 使晶界玻璃相析出高耐火 度的化合物、减少残余玻璃相来改善氮化硅陶瓷的高温性 能[17]。 但是由于晶间相结晶时伴随着较大体积的变化，在陶瓷 内部产生内 应 力 ，从 而 限 制 了 玻 璃 相 的 完 全 晶 化[18]，可 能 会 使 氮化硅陶瓷内部产生裂纹降低陶瓷强度， 同时晶化所需较长 时间的热处理也会增加成本，限制了该方法的应用。
有机泡沫浸渍 孔隙率高、气孔为开气孔 形状受限、孔隙率难以控制
凝胶注模 坯体结构均匀、 强度相对 凝胶条件难以控制 较高
冷冻干燥 反应烧结
烧成收缩小、可加工性较好 孔隙结构难以控制
收缩小、能耗低
孔隙率难以控制
应形成的液相以玻璃相和部分结晶相存在于氮化硅陶瓷中， 而这些晶间玻璃相在高温下很容易软化， 从而大大降低了氮 化硅陶瓷的高温性能。 目前提高氮化硅陶瓷的高温性能主要 有以下 3 种方法：
硅材料
分
相互作用的结果
Y2O3
可形成促进烧结的液相， 该相在烧结 时的较高温度下与氮化硅反应形成耐
结 晶 相 有 Y2Si3O3N4、YSiO2N 、Y4Si2O7N2
相 沿 Si3N4 晶 界 分 布 ，既 保 障 材 料 的 较 高耐高温强度，又降低其抗氧化性（主
高温的粘结相
和 Y10（SiO4）6N2
重 烧 结 是 将 反 应 烧 结 的 Si3N4 烧 结 坯 在 助 烧 剂 存 在 的 情 况下， 置于氮化硅粉末中， 在高温下重烧结， 可得到致密的 Si3N4 制品，重烧结过程中的收缩仅有 6%~10%，可制备形状复 杂、性能优良的部件。 热等静压烧结是将氮化硅及助烧剂的混 合物粉末封装到金属或玻璃包套中， 抽真空后通过高压气体 在高温下烧结，制得的氮化硅陶瓷可达理论密度，但工艺复杂 成本较高。 此外，近年来还发展了如超高压烧结、化学气相沉 积、爆炸成形等烧结和致密化工艺均获得不错的效果[9]。 氮化 硅陶瓷烧结方法的比较见表 2。 2.6 多孔氮化硅陶瓷的制备
0 前言
随着现代科学技术的发展， 各种零部件的使用条件愈加 苛刻（如高温、强腐蚀等），对新材料的研究和应用提出了更高 的要求，传统的金属材料由于自身耐高温、抗腐蚀性能差等弱 点已难以满足科技日益发展对材料性能的要求， 现亟待开发 新材料。 由于陶瓷材料的出现可以克服传统材料的不足而越 来越被研究人员关注，经过努力研究，在陶瓷的制备工艺和性 能方面的研究已取得很大的进步，尤其是 Si3N4 陶瓷的优越性 能得到了人们的广泛认可，就其结构、性能、烧结及应用已经 开始系统的研究，本文就 Si3N4 陶瓷的制备工艺、增韧途径、高 温性能的改善及应用作一简要的坯处理
烧结
图 1 氮化硅反应烧结流程
陶瓷体处理
王会阳等：氮化硅陶瓷的制备及性能研究进展
学术研究
5
助烧剂名称 MgO
表 1 常用助烧剂
作 用效果
相的组成
备注
可 以 保 障 液 相 形 成 和 制 得 高 密 度 氮 化 含有 Mg-Si-O-N 4 种成分的较复杂成 液 相 的 形 成 是 由 于 氧 化 镁 与 二 氧 化 硅
保障形成 Y-Si-Al-O-N 液相
在该相参与下 Si3N4 烧结最充分
使材料具有优异的常温性能， 可提高 烧结初期，可形成硅酸盐液相；烧结后
MgO-CeO2 材料的高温性能
作用效果与单独使用某助烧剂不同 期，出现 MgO 的自动析晶减少玻璃相
烧结方法 常压烧结 反应烧结
热压烧结
气压烧结
表 2 氮化硅陶瓷烧结方法的比较
致密度高，制造周期短
高和形状复杂的零件、机械加工困难
获得的 Si3N4 陶瓷具有 致密 度高 、高韧 性 、高强 度、较 好 的耐磨性，可制造形状复杂的制品，适合大规模生产
烧结温度高
物相组成对材料的性能影响很大， 由于严格控制晶界相的组 成，以及在氮化硅陶瓷烧结后进行适当的热处理，可以获得在 高温时强度也不会下降很多的氮化硅陶瓷材料。 2.4 气压烧结
气压烧结是把 Si3N4 压坯在 5~12 MPa 的氮气中于 1 800~ 2 100 ℃下进行烧结。 由于氮气压力高，从而提高了 Si3N4 的分 解温度， 有利于选用能形成高耐火度晶间相的助烧剂提高氮 化硅陶瓷的高温性能。 近年来，人们对气压烧结进行了大量的 研究，获得了很大的进展，采用气压烧结的氮化硅陶瓷具有高 韧性、高强度和较好的耐磨性。 2.5 其它烧结方法
常压烧结是以高纯、超细、高 α 相含量的氮化硅粉末与少 量助烧剂混合，通过成形、烧结等工序制备而成。 由于常压烧 结法很难制备高密度的纯氮化硅材料， 为了获得高性能的氮 化硅材料， 需要加入助烧剂与 Si3N4 粉体表面的 SiO2 反应,在 高温下形成液相， 活化烧结过程， 通过溶解析出机制使其致 密。 因此，常压烧结 Si3N4 研究的关键在于选择合适的助烧剂。 目前常用 的 助 烧 剂 主 要 有 ：MgO、Y2O3、稀 土 元 素 氧 化 物 、复 合 助烧剂等，这些助烧剂能控制液相粘度，提高相转变，防止固 溶 体 形 成 ， 降 低 晶 格 氧 含 量 并 控 制 玻 璃 相 组 成 和 含 量 [8]。 2.2 反应烧结
氮化硅有晶体和非晶体之分， 所说的非晶氮化硅就是无 定 形 氮 化 硅[2]，而 晶 体 氮 化 硅 主 要 有 早 期 的 四 方 氮 化 硅 （晶 格 常 数 为 a=9.245 魡， c=8.48 魡）、常 见 的 六 方 晶 系 氮 化 硅 （有 两 种晶形， 即针状结晶体 α-Si3N4 和颗粒状结晶体 β-Si3N4）、立 方氮化硅[3]。 根据目前的认识，氮化硅结构有以下几种：
要是由氧化带来的体积效应造成）
稀土氧化物
Si3N4 材料在较高温度下具有极高强度
因 复 杂 氧 化 氮 化 物 的 形 成 而 在 陶 瓷 结 稀 土 多 存 在 于 Si3N4 的 晶 界 处 ，经 热 处
构中产生热强晶间相
理易于析出二次小晶粒
复合 助烧剂
可使氮化硅达到最佳烧结， 可制得高
Y2O3-Al2O3 强度 Si3N4 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；增韧；研究进展