中國粉體網(wǎng)訊  氮化硅（Si3N4）是氮和硅的化合物。在自然界里，氮、硅都是極其普通的元素，在我們生活的世界上無所不在，然而，至今人們還未發(fā)現(xiàn)自然界里存在這兩種元素的化合物。目前存在的氮化硅均是在人工條件下合成。

氮化硅陶瓷是由無機(jī)粉體燒結(jié)制備而來的，其研究過程十分艱難。早在140多年前人們就直接合成了氮化硅，但直到七十年代中期才真正制得了高質(zhì)量、低成本，有廣泛重要用途的氮化硅陶瓷制品。在氮化硅陶瓷的制備中，氮化硅陶瓷粉體的制備、燒結(jié)以及陶瓷體的增韌增強(qiáng)是氮化硅陶瓷制備過程中關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)。

氮化硅粉體的制備

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)良的氮化硅陶瓷材料，首先應(yīng)制備高質(zhì)量的氮化硅粉末。用不同方法制備的氮化硅粉質(zhì)量不完全相同，這就導(dǎo)致了其在用途上的差異。

氮化硅的很多性能都?xì)w結(jié)于它的結(jié)構(gòu)。氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)有α、β和γ 3種晶體結(jié)構(gòu)。α相在高溫下會(huì)發(fā)生相變，這種相變是不可逆的，有利于燒結(jié)。因此，高質(zhì)量的氮化硅粉體應(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。好的氮化硅粉中α相至少應(yīng)占90%，這是由于氮化硅在燒結(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)降低陶瓷材料強(qiáng)度的原因。

α相結(jié)構(gòu)      β相結(jié)構(gòu)         γ相結(jié)構(gòu)

氮化硅陶瓷的燒結(jié)

氮化硅陶瓷的燒結(jié)技術(shù)發(fā)展很快，其擴(kuò)散系數(shù)、致密化所必須的體積擴(kuò)散及晶界擴(kuò)散速度、燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力很小，這決定了純氮化硅不能靠常規(guī)固相燒結(jié)達(dá)到致密化。目前氮化硅陶瓷燒結(jié)工藝方法主要有：常壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié) 、熱壓燒結(jié)、氣壓燒結(jié)等。其中反應(yīng)燒結(jié)是工業(yè)化生產(chǎn)中最早使用的制造氮化硅陶瓷的方法。熱壓燒結(jié)和常壓燒結(jié)等需要添加燒結(jié)助劑，不同燒結(jié)助劑對(duì)燒結(jié)氮化硅陶瓷作用效果也各不相同。先進(jìn)陶瓷的燒結(jié)方法包括不同燒結(jié)方式燒結(jié)的氮化硅陶瓷產(chǎn)品性能不同，因此根據(jù)不同的產(chǎn)品需求可選擇不同的燒結(jié)方法和燒結(jié)助劑。

燒結(jié)方法及特點(diǎn)

燒結(jié)助劑及作用效果

氮化硅陶瓷增韌補(bǔ)強(qiáng)

氮化硅陶瓷本身固有的脆性限制了它的應(yīng)用，因此改善其韌性、提高其可靠性一直是氮化硅陶瓷研究的一個(gè)重要方向。目前氮化硅陶瓷增韌的途徑有很多，主要有顆粒彌散增韌、晶須或纖維增韌、ZrO2的相變?cè)鲰g、利用柱狀β-Si3N4晶粒的自增韌和層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合增韌等。

顆粒彌散增韌是在氮化硅陶瓷中加入一定粒度的、具有高彈性模量的顆粒；目前，在氮化硅中引入SiC是最為常見的方法；利用柱狀β-Si3N4晶粒的自增韌是指通過合理選擇成分及工藝，使氮化硅陶瓷在燒結(jié)中培育出柱狀的β-Si3N4晶粒，這種技術(shù)已日益受到人們的重視，正成為提高氮化硅陶瓷斷裂韌性的新途徑。（粉體網(wǎng)編輯整理/橙子）