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氮化硅陶瓷的生产与应用

2018-02-08 17:50:21

氮化硅陶瓷的生产与应用

氮化硅（Ｓｉ3Ｎ4）陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性

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，越来越多被应用于热工各个领域，如陶瓷烧成用棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等。

（一）反应烧结法生产Ｓｉ3Ｎ4

采用一级结晶硅块，在球磨中湿磨，酒精作研磨介质，磨至小于0.07ｍｍ。然后净化原料，配料制成坯体。成型方法可采用浇注法、模压法，热压注法或等静压成型方法等。成型时要使素坯密度达到一定要求。　　素坯先在氮化炉中进行氮化处理，可采用钼丝电炉或二硅化钼棒电炉。炉膛要密封严紧，以保证抽真空和使用的安全性。硅和氮在约970～1000℃开始反应，并随着温度升高反应速率加快。但如果温度很快上升超过硅熔点时，则坯体会由于硅熔融而坍塌。故必须在远低于熔点的温度中预先氮化。氮化炉内为95％氮气和5％氢气混合气氛，在1180～1210℃下氮化1～5小时。氮化程度约为9％，炉内垫板为氮化硅质材料。

素烧后的坯体进行机械加工时，要避免与水接触、进刀和车速不宜太快，将坯品加工至成品所需尺寸。

进行氮化烧成。氮化温度可采用低于硅熔点（1420℃）和高于硅熔点分阶段保温氮化方法。一种是在1250℃氮化保温一段时间，使硅颗粒表面生成交织状的α—氮化硅单晶粒，填满坯体中硅颗粒之间的孔隙，整个坯体具有一定强度。然后于1350～1400℃下长时间氮化，通过氮气——固相硅颗粒反应，使原来形成的络结构的氮化硅继续发育长大、致密。另一种是在1250℃氮化保温一段时间后，于1450℃氮化保温一段时间，此时硅熔成液体、反应速率很快，生成的氮化硅为硬度、密度较高的颗粒状，分散于低温生成的络状氮化硅内。

氮化时间：在1250℃时氮化4小时，1350℃时氮化8小时，氮化程度达51％，继续在1350℃氮化28小时，氮化程度只增加10％，在1450℃氮化2小时即可完全氮化。通常应为：1250℃时氮化4～10小时，1350℃ 24～36小时，1450℃ 6～12小时。

氮化气氛：由于氮与硅反应为放热反应，氮化初期反应很快，产生的大量热量会使局部温度超过硅的熔点而使其熔融渗出，故升温至1000℃时，同时通入氩气（占氮气量的2／3），到1350℃保温一段时间后停止供氩气，恢复95％氮气和5％氢气气氛，这样可以用氩气来缓冲过快的反应速度。

反应烧结法制得的氮化硅制品体积密度为1.8～2.7ｇ／ｃｍ3，气孔率较高、强度不高，但适宜制作形状复杂的制品。

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