王培++張偉儒++張哲

[摘 要]氮化硅陶瓷是一種在燒結(jié)時(shí)不會發(fā)生收縮的無機(jī)材料。它具有耐高溫，強(qiáng)度比較高，抗腐蝕能力和氧化性能比較好等優(yōu)勢，已經(jīng)成為目前工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用比較廣泛的新型材料之一。陶瓷材料和現(xiàn)在的一些金屬材料進(jìn)行比較，在抗腐蝕性、耐磨程度、抗氧化程度以及耐高溫方面都有著巨大的優(yōu)勢，可以在金屬材料難以承受的工作環(huán)境中進(jìn)行正常的工作，隨著相關(guān)工業(yè)技術(shù)的更進(jìn)一步的發(fā)展，氮化硅陶瓷將會有更為廣泛的應(yīng)用前景。文章對氮化硅陶瓷的基本性質(zhì)有簡單介紹，對于氮化硅陶瓷的制備工藝和性能方面的發(fā)展有一個(gè)綜合概述，并且對氮化硅陶瓷的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

[關(guān)鍵詞]氮化硅陶瓷；制備工藝；性能；研究進(jìn)展

中圖分類號TQ174.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0379-01

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會發(fā)展的需求，在工業(yè)領(lǐng)域和其他行業(yè)的設(shè)備應(yīng)用中，對于各種零部件的使用提出了更加嚴(yán)格的要求，傳統(tǒng)的金屬材料不能適應(yīng)各種要求比較高的工作環(huán)境。在此種情況下對于新材料的發(fā)展研究提出了新的要求，急需開發(fā)出一種可以取代金屬材料的新型高性能材料。陶瓷材料以其獨(dú)特的優(yōu)異性能和廣泛的應(yīng)用前景成為新世紀(jì)除了金屬材料和高分子材料之后的又一個(gè)基礎(chǔ)材料，并且成為當(dāng)前最為熱門的研究話題之一。引起了世界各國的高度重視。而作為高溫陶瓷材料中比較重要的氮化硅陶瓷，有著更加優(yōu)異的性能，因此被認(rèn)為是高溫陶瓷結(jié)構(gòu)材料中應(yīng)用潛力最大的材料。文章針對氮化硅陶瓷的制備和性能研究做出了簡要的闡述。

1 氮化硅陶瓷的基本性質(zhì)概述

氮化硅陶瓷是一種無機(jī)材料，作為一種共價(jià)鍵化合物，它是以[ SiN4 ]四面體作為最基本的構(gòu)造單元，其中硅原子位于四面體的中心位置，4個(gè)氮原子則處于四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，而其在三維空間中的構(gòu)造是通過三個(gè)四面體共同使用一個(gè)原子的方式，借助這種結(jié)構(gòu)，它在許多方面都有著優(yōu)異的性能。作為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料中的重要組成部分，在耐高溫方面有著良好的表現(xiàn)，強(qiáng)度可以一直維持在1200℃的高溫環(huán)境中不會出現(xiàn)下降，同事在受熱之后不會成為融體，而且有著非常強(qiáng)的抗腐蝕性和抗氧化性，在以后的應(yīng)用中潛力巨大。

2 氮化硅陶瓷的制備

近些年來，氮化硅陶瓷制備技術(shù)取得了快速的發(fā)展由于它自身的性質(zhì)決定在制備工藝方面不能依靠常規(guī)的燒結(jié)方法來實(shí)現(xiàn)致密化。當(dāng)前應(yīng)用的比較廣泛的燒結(jié)方法主要是以下四種：

反應(yīng)燒結(jié)法：首先利用一般的成型方法，將硅粉做成所需要的形狀生坯，放進(jìn)氮化爐中進(jìn)行氮化燒結(jié)處理，此時(shí)這個(gè)生坯已經(jīng)擁有了一定的強(qiáng)度，能夠通過各種機(jī)械技術(shù)的加工形成所需要的零部件形狀。最后，將加工后的生坯進(jìn)行再次的完全氮化燒結(jié)，此時(shí)要注意要使得溫度保持在硅熔點(diǎn)之上，最終得到成品的零部件。這時(shí)的零部件可以直接使用，該種方法適用于形狀復(fù)雜，精確度比較高的產(chǎn)品。

熱壓燒結(jié)法：將氮化硅粉末和適量的添加劑在高溫和高壓之下進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)，在這種方法下燒結(jié)而成的產(chǎn)品性能明顯的優(yōu)于反應(yīng)燒結(jié)法制出的產(chǎn)品。但是其制造成本比較高，所需的設(shè)備比較多，同時(shí)只能制造一些比較簡單的零部件，后期的加工改造也比較困難。

常壓燒結(jié)法：利用氮化硅的特性，將其在1700到1800℃之間進(jìn)行常壓燒結(jié)，然后在1800到2000℃內(nèi)進(jìn)行再次的氣壓燒結(jié)。這種方法的目的是是氮化硅組織致密化。

氣壓燒結(jié)法：是在1～10MPa氣壓下，2000℃溫度下進(jìn)行，由于是高溫?zé)Y(jié)，而且添加的燒結(jié)助劑比較少，因此燒結(jié)出來的產(chǎn)品具有較強(qiáng)的韌性，同時(shí)可以制造出與最終產(chǎn)品最為接近的燒結(jié)制品，技術(shù)比較成熟，可以大規(guī)模利用。

通過下面的表格可以清晰的比較四中燒結(jié)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，具體如表1所示。

3 性能研究

氮化硅陶瓷材料在燒結(jié)過程中會由于助燒劑與二氧化硅發(fā)生反應(yīng)形成的一些結(jié)晶會存在氮化硅材料中，這些結(jié)晶容易在高溫環(huán)境下出現(xiàn)融化，使得氮化硅陶瓷材料的耐高溫性有所下降，為了改善這種狀況，可以通過改變結(jié)晶成分，提高耐火性等方法來改變。同時(shí)，氮化硅陶瓷由于材質(zhì)本身的脆性使得它的應(yīng)用范圍受到限制，因此提高材料的韌性成為目前研究的一個(gè)重要方向，現(xiàn)階段提高材料的韌性主要是通過顆粒彌散、晶須等。

總之，氮化硅陶瓷材料作為一種新型的基礎(chǔ)性材料有著傳統(tǒng)的金屬材料所不具備的優(yōu)異性能，可以在要求比較高的工作環(huán)境中代替金屬材料，適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)所需要的在高溫、高壓、腐蝕度和氧化比較強(qiáng)的環(huán)境，有著較為廣泛的應(yīng)用前景，受到各國的高度關(guān)注，但是該材料由于其自身的脆性以及制備過程中出現(xiàn)的一些問題都使得該材料的應(yīng)用發(fā)展受到了阻礙。因此，要在日后的研究中致力于解決材料本身以及制備過程中出現(xiàn)的問題，促進(jìn)氮化硅陶瓷材料真正的應(yīng)用于社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，為社會發(fā)展和人們生活起到促進(jìn)作用。

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