氮化硅陶瓷是如何燒結(jié)成型的？

從之前的兩篇文章中我們了解了氮化硅的一些特性以及其運(yùn)用領(lǐng)域。那么氮化硅陶瓷是如何燒結(jié)成型的？科眾陶瓷廠關(guān)于此問(wèn)題的回答如下：

氮化硅陶瓷是一種具有廣闊發(fā)展前景的高溫、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)陶瓷,它具有強(qiáng)度高、抗熱震穩(wěn)定性好、疲勞韌性高、室溫抗彎強(qiáng)度高、耐磨、抗氧化、耐腐蝕性能好等高性能,已被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。

制備方法:氮化硅陶瓷的制備技術(shù)發(fā)展很快,由于Si3N4是強(qiáng)共價(jià)化合物,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。

氮化硅陶瓷閥桿

1:常壓燒結(jié):常壓燒結(jié)是以高純、超細(xì)、高a相含量的氮化硅粉末與少量助燒劑混合,通過(guò)成形、燒結(jié)等工序制備而成。由于常壓燒結(jié)法很難制備高密度的純氮化硅材料,為了獲得高性能的氮化硅材料,需要加入助燒劑與Si3N4粉體表面的Si02反應(yīng),在高溫下形成液相,活化燒結(jié)過(guò)程,通過(guò)溶解析出機(jī)制使其致密。因此,常壓燒結(jié)Si3N4研究的關(guān)鍵在于選擇合適的助燒劑。目前常用的助燒劑主要有:Mg0、Y203、稀土元素氧化物、復(fù)合助燒劑等,這些助燒劑能控制液相粘度,提高相轉(zhuǎn)變,防止固溶體形成,降低晶格氧含量并控制玻璃相組成和含量

2:氣壓燒結(jié)法:近幾年來(lái),人們對(duì)氣壓燒結(jié)進(jìn)行了大量的研究,獲得了很大的進(jìn)展。氣壓燒結(jié)氮化硅在1~10MPa氣壓下,2000C左右溫度下進(jìn)行。高的氮?dú)鈮阂种屏说璧母邷胤纸?。由于采用高溫?zé)Y(jié),在添加較少燒結(jié)助劑情況下,也足以促進(jìn)Si3N4晶粒生長(zhǎng),而獲得密度>99%的含有原位生長(zhǎng)的長(zhǎng)柱狀晶粒高韌性陶瓷.因此氣壓燒結(jié)無(wú)論在實(shí)驗(yàn)室還是在生產(chǎn)上都得到越來(lái)越大的重視.氣壓燒結(jié)氮化硅陶瓷具有高韌性、高強(qiáng)度和好的耐磨性,可直接制取接近最終形狀的各種復(fù)雜形狀制品,從而可大幅度降低生產(chǎn)成本和加工費(fèi)用.而且其生產(chǎn)工藝接近于硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝,適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

3:反應(yīng)燒結(jié)法:是采用一般成型法,先將石硅粉壓制成所需形狀的生坯,放入氮化爐經(jīng)預(yù)氮化(部分氮化)燒結(jié)處理,預(yù)氮化后的生坯已具有一定的強(qiáng)度,可以進(jìn)行各種機(jī)械加工(如車、創(chuàng)、銑、鉆).最后,在硅熔點(diǎn)的溫度以上;將生坯再一次進(jìn)行完全氮化燒結(jié),得到尺寸變化很小的產(chǎn)品(即生坯燒結(jié)后,收縮率很小,線收縮縮率<011%)該產(chǎn)品一般不需研磨加工即可使用。反應(yīng)燒結(jié)法適于制造形狀復(fù)雜,尺寸精確的零件,成本也低,但氮化時(shí)間很長(zhǎng)。

4:熱壓燒結(jié)法:是將Si3N4粉末和少量添加劑(如MgO、AI2O3、MgF2、Fe203等),在1916MPa以上的壓強(qiáng)和1600"℃以上的溫度進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)。英國(guó)和美國(guó)的一些公司采用的熱壓燒結(jié)Si3N4陶陶瓷,其強(qiáng)度高達(dá)981MPa以上。燒結(jié)時(shí)添加物和物相組成對(duì)產(chǎn)品性能有很大的影響。由于嚴(yán)格控制晶界相的組成,以及在Si3N4陶陶瓷燒結(jié)后進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?所以可以獲得即使溫度高達(dá)1300C時(shí)強(qiáng)度(可達(dá)490MPa以」上)也不會(huì)明顯下降的Si3N4系陶瓷材料,而上且抗蠕變性可提高三個(gè)數(shù)量級(jí)。若對(duì)Sj3N4陶陶瓷材料進(jìn)行14001500"℃C高溫預(yù)氧化處理,則在陶瓷材料表面上形成Si2N2O相,它能顯著提高Si3N4陶瓷的耐氧化性和高溫強(qiáng)度。熱壓燒結(jié)法生產(chǎn)的Si3N4瓷的機(jī)械性能比反應(yīng)燒結(jié)的Si3N4要優(yōu)異,強(qiáng)度高、密度大。但制造成本高、燒結(jié)設(shè)備復(fù)雜,由于燒結(jié)體收縮大,使產(chǎn)品的尺寸精度受到一定的限制,難難以制造復(fù)雜零件,只能制造形狀簡(jiǎn)單的零件制品,了工件的機(jī)械加工也較困難。

5:其它制各方法:重?zé)Y(jié)是將反應(yīng)燒結(jié)的Si3N4燒結(jié)坯在助燒劑存在的情況下,置于于氮化硅粉末中,在高溫下重?zé)Y(jié),可得到致密的Si3N4制品,重?zé)Y(jié)將氮化硅及助燒劑的混合物粉末封裝到金屬或玻璃包套中,抽真空后通過(guò)高壓氣體在高溫下燒結(jié),制得的氮化硅陶瓷可達(dá)理論密度,但工藝復(fù)雜成本較高。此外,近年來(lái)還發(fā)展了如超高壓燒結(jié)、化學(xué)氣相沉積、爆炸成形等燒結(jié)和致密化工藝均獲得不錯(cuò)的效果