反应烧结氮化硅陶瓷研究现状论文

又称活化烧结或强化烧结。更为严谨的，活化烧结和强化烧结有所不同。活化烧结指可以降低烧结活化能，使体系的烧结可以在较低的温度下以较快速度进行，并且使得烧结体性能提高的烧结方法。强化烧结泛指能增加烧结速率，或强化烧结体性能（通过合金化或者抑制晶粒长大）的所有烧结过程。通过添加物的作用，使反应与烧结同时进行的一种烧结方法。主要特点此法与普通烧结法比较，有如下两个主要特点：(1)提高制品质量，烧成的制品不收缩，尺寸不变化；(2)反应速度快，传质和传热过程贯彻在烧结全过程。普通烧结法物质迁移过程发生在胚体颗粒与颗粒的局部，反应烧结法物质迁移过程发生在长距离范围内。分为液相反应烧结和气相反应烧结两类。采用前一类的居多。例如，烧结氧氮化硅坯件时添加硅、二氧化硅和氟化钙(或氧化钙、氧化镁等，玻璃相形成剂)同氮反应生成二氮氧化二硅(Si2ON2)，氧化钙、氧化镁等同二氧化硅形成玻璃相，氮溶解在焙融体(玻璃相)中；Si2ON2，晶体从被氮饱和的玻璃相中析出。这样制出的氧碳化硅的密度可相当于理论密度90%以上。工艺过程反应烧结的工艺过程为：先将α－SiC粉和石墨粉按比例混匀，经干压、挤压或注浆等方法制成多孔坯体。在高温下与液态Si接触，坯体中的C与渗入的Si反应，生成β－SiC，并与α－SiC相结合，过量的Si填充于气孔，从而得到无孔致密的反应烧结体。反应烧结SiC通常含有8%的游离Si。因此，为保证渗Si的完全，素坯应具有足够的孔隙度。一般通过调整最初混合料中α－SiC和C的含量，α－SiC的粒度级配，C的形状和粒度以及成型压力等手段来获得适当的素坯密度。实验表明，采用无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反应烧结的SiC陶瓷具有各异的性能特点。如就烧结密度和抗弯强度来说，热压烧结和热等静压烧结SiC陶瓷相对较多，反应烧结SiC相对较低。另一方面，SiC陶瓷的力学性能还随烧结添加剂的不同而不同。无压烧结、热压烧结和反应烧结SiC陶瓷对强酸、强碱具有良好的抵抗力，但反应烧结SiC陶瓷对HF等超强酸的抗蚀性较差。就耐高温性能比较来看，当温度低于900℃时，几乎所有SiC陶瓷强度均有所提高；当温度超过1400℃时，反应烧结SiC陶瓷抗弯强度急剧下降。（这是由于烧结体中含有一定量的游离Si，当超过一定温度抗弯强度急剧下降所致）对于无压烧结和热等静压烧结的SiC陶瓷，其耐高温性能主要受添加剂种类的影响。

氮化硅陶瓷粉体制备有很多方法，简单介绍下硅粉直接氮化法和SiO2还原氮化法

硅粉直接氮化法，该方法采用化学纯的硅粉（分析纯：95%以上）在NH3，N2+H2或N2气氛中直接与氮反应实现，其反应方程式如下：硅粉直接氮化合成Si3N4微细粉的优点是工艺流程简单，成本低缺点是该方法反应慢需较高的反应温度和较长的反应时间，制备的Si3N4粒径分布较宽，需要进一步经过粉碎、磨细和纯化才能达到质量要求。

SiO2还原氮化法，将SiO2的细粉与碳粉混合后，通过热还原首先生成SiO，然后SiO再被氮化生成块状的Si3N4总的化学反应式为：SiO2还原氮化法的特点是原料来源丰富，反应产物是疏松粉末，与硅粉氮化产物不需要进行粉碎处理，从而避免了杂质的重新引入，所以用该法制得Si3N4粉末粒型规整，粒度分布窄。

Si3N4陶瓷材料作为一种优异的高温工程材料，最能发挥优势的是其在高温领域中的应用它极耐高温，强度一直可以维持到1200℃的高温而不下降，受热后不会熔成融体，一直到1900℃才会分解，并有惊人的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所有的无机酸和30%以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀；同时又是一种高性能电绝缘材料氮化硅与水几乎不发生作用；在浓强酸溶液中缓慢水解生成铵盐和二氧化硅；易溶于氢氟酸，与稀酸不起作用浓强碱溶液能缓慢腐蚀氮化硅，熔融的强碱能很快使氮化硅转变为硅酸盐和氨氮化硅材料的这些性能足以与高温合金相媲美但作为高温结构材料，它也存在抗机械冲击强度低，容易发生脆性断裂等缺点为此，在利用氮化硅制造复杂材料，尤其是氮化硅结合碳化硅以及用晶须和添加其它化合物进行氮化硅陶瓷增韧的研究中运用广泛。