氮化硅陶瓷是一種具有高比強(qiáng)、高比模、耐高溫、抗氧化、耐磨損、抗蠕變、抗疲勞和抗熱震等優(yōu)良性能的陶瓷材料，適用于高溫、摩擦、重載等環(huán)境惡劣的工況，可用于制造航空航天用部件、軸承、高速切削刀具等。
氮化硅陶瓷的傳統(tǒng)燒結(jié)工藝有反應(yīng)燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、常壓燒結(jié)和氣壓燒結(jié)，近年來(lái)，出現(xiàn)了微波燒結(jié)等新型燒結(jié)方法。
利用微波能對(duì)被燒材料進(jìn)行整體加熱是其最大特點(diǎn)，由于是整體加熱，材料受熱均勻、溫度梯度小，這樣燒成的材料性質(zhì)均勻，晶粒細(xì)小，致密性好。另外，微波燒結(jié)還有升溫速度快、高效節(jié)能等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)燒結(jié)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和性能。
氮化硅陶瓷傳統(tǒng)燒結(jié)
反應(yīng)燒結(jié)
反應(yīng)燒結(jié)氮化硅陶瓷是一種將硅粉或硅粉與氮化硅的混合物成型后，在1200℃左右通氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)氮化處理，再在1400℃左右進(jìn)行最終的氮化燒結(jié)，最后進(jìn)行后續(xù)燒結(jié)的工藝方法。
反應(yīng)燒結(jié)工藝流程圖
熱壓燒結(jié)
氮化硅陶瓷的熱壓燒結(jié)是指將氮化硅粉與少量添加劑在一定壓強(qiáng)和高溫下進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)。熱壓燒結(jié)時(shí)添加劑和物相組成對(duì)材料性能影響很大，因此嚴(yán)格控制晶界相的組成，以及在燒結(jié)后進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚�，可獲得在高溫時(shí)強(qiáng)度也不會(huì)下降很多的氮化硅陶瓷材料。
熱壓燒結(jié)工藝流程圖
常壓燒結(jié)
以高純、超細(xì)、高α相含量的氮化硅粉末與少量助燒劑混合，通過(guò)成形、燒結(jié)等工序制備而成。
氣壓燒結(jié)
氮化硅陶瓷的氣壓燒結(jié)是指把氮化硅壓坯置于較高氣壓的氮?dú)庵杏?800~2100℃下進(jìn)行燒結(jié)。高壓力的氮?dú)夥諊梢种频璧姆纸猓瑥亩欣谶x擇能形成耐高溫晶間相的助燒劑以提高氮化硅陶瓷的高溫性能。
氮化硅陶瓷傳統(tǒng)制備方法相比
氮化硅陶瓷微波燒結(jié)
微波燒結(jié)是利用微波具有的特殊波段與材料的基本細(xì)微結(jié)構(gòu)耦合而產(chǎn)生熱量，通過(guò)材料在電磁場(chǎng)中的介質(zhì)損耗使其材料整體加熱至燒結(jié)溫度，實(shí)現(xiàn)致密化的方法。
微波燒結(jié)是一種無(wú)需傳導(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，微波燒結(jié)氮化硅還具有許多其他優(yōu)勢(shì)：
（1）降低氮化硅相變轉(zhuǎn)化起始溫度，提高相變轉(zhuǎn)化率。氮化硅在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)發(fā)生α→β-Si3N4相變轉(zhuǎn)化的過(guò)程，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)微波燒結(jié)會(huì)促進(jìn)氮化硅的相變轉(zhuǎn)化。
（2）形成獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)。研究表明微波燒結(jié)有助于制得微波結(jié)構(gòu)更優(yōu)異的材料。
（3）細(xì)化顆粒，提高力學(xué)性能。材料的力學(xué)性能是是由微觀結(jié)構(gòu)決定的，微波燒結(jié)有助于在較高升溫速率下制得晶粒細(xì)小均勻的材料，從而提高其力學(xué)性能。
（4）降低燒結(jié)溫度，提高致密度。在微波燒結(jié)過(guò)程中材料內(nèi)部的粒子在微波電磁能作用下動(dòng)能增加、粒子擴(kuò)散系數(shù)增加、燒結(jié)活化能降低，從而實(shí)現(xiàn)在低溫即可使材料致密化。
總之，與傳統(tǒng)燒結(jié)工藝相比，微波燒結(jié)氮化硅陶瓷具有促進(jìn)相變、降低燒結(jié)溫度、促進(jìn)致密化、改善微觀組織、提高材料性能等優(yōu)點(diǎn)。
參考資料：
徐偉偉等.氮化硅陶瓷材料微波燒結(jié)研究現(xiàn)狀
王正軍.氮化硅陶瓷的研究現(xiàn)狀
祝昌華等.氮化硅陶瓷的制備及進(jìn)展
