文章摘要: 特种陶瓷种类繁多,在不同的领域有所突破。其中,“氮化硅陶瓷”具有高弯曲强度、高断裂韧性、良好的抗蠕变性、高硬度、高耐磨等优良性能。各方面都比较均衡,被誉为是结构陶瓷家族中综合性能较为优良的一类,其商业应用似乎比其他特种陶瓷更为广泛。不过氮化硅
特种陶瓷种类繁多,在不同的领域有所突破。其中,“氮化硅陶瓷”具有高弯曲强度、高断裂韧性、良好的抗蠕变性、高硬度、高耐磨等优良性能。各方面都比较均衡,被誉为是结构陶瓷家族中综合性能较为优良的一类,其商业应用似乎比其他特种陶瓷更为广泛。
不过氮化硅整体优势突出,并不代表它的内在质量就可以完全统一,就像吃饭一样,即使原料一样,大师手艺的味道当然也不同。不同的工艺,尤其是不同的烧结工艺,生产出的氮化硅陶瓷在成本和性能上有一定的差异,从而造成其应用的下游领域不同。至于区别,详情请看下文。
目前用于各个领域的氮化硅陶瓷材料基本上采用以下烧结方法制备:反应烧结、常压烧结等。此外,放电等离子烧结、重烧结等新型烧结方式也因其具有的不同优势受到学者的关注。
不同工艺制备的氮化硅性能有一定差异,一般用于不同的高温结构件、耐磨件或耐腐蚀件。因此,采用不同的烧结工艺,结合不同的工艺参数,控制材料的微观结构,是实现氮化硅产品不同用途和优异性能的关键。
1、反应烧结法
反应烧结是指使原料成型体在一定温度下通过固相、液相和气相进行化学反应,同时对规定的组分进行致密化和合成,得到预定的烧结体的过程。其工艺是:将高纯硅粉与粘合剂混合成型,然后置于N2气氛中或浸入熔融硅中,在坯体中与硅或氮或熔融硅反应,制备氮化硅制品。
2、热压烧结法
为了弥补反应烧结法的不足,后来的研究人员在各种氧化物中加入氮化硅粉末作为烧结添加剂,在一定压力以上、1600℃以上的温度下进行烧结,这个过程后来被称为热压烧结。
热压烧结法的优点是制备的Si3N4陶瓷比其他工艺烧结的Si3N4具有更好的力学性能,具有更高的硬度、强度和韧性,常用于生产陶瓷工具。陶瓷刀具材料是一种很有前途的高速切削刀具材料,在生产中得到广泛应用。由于氮化硅具有非常高的耐磨性和化学稳定性,因此可以在高速条件下长时间切割。但是,这种方法也有缺点,制备成本高,所需烧结设备较复杂。同时,烧结过程当中的单轴压力使样品性能各向异性。
不同烧结工艺制备的氮化硅陶瓷,应用上有何区别?
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