氮化硅陶瓷制作工藝簡介

氮化硅陶瓷制作工藝簡介

氮化硅陶瓷制作工藝的關鍵環(huán)節(jié)在于原材料的穩(wěn)定性和配方的配比及燒成方法，主要分如下幾個階段。

第一階段，硅粉氮化生產氮化硅：在氮氣環(huán)境下，經過高溫反應爐內使硅粉與氮氣發(fā)生反應生成氮化硅，化學反應方程式：3Si+2N2=Si3N4,硅粉中Fe、O、Ca等雜質＜2%，加熱溫度《1400℃，并注意硅粉粒度和N2的純度，1200-1300℃時α-Si3N4含量高，但產物較為粗大，需后加工，易混入雜質，再經過破碎—研磨，生產合質量合格的氮化硅超細粉，在破碎和研磨設備與氮化硅粉體接觸的部件使用氮化硅陶瓷件代替金屬機械部件可避免雜質污染，生產出合格的高純超細氮化硅粉體。

第二階段：氮化硅陶瓷制品的生產方法有兩種，即反應燒結法和氣壓燒結法。

1.反應燒結法：反應燒結是把硅粉或硅粉與氮化硅粉的混合物成型后在1200℃左右通過氮氣進行預氮化處理，之后機械加工成所需零件，最后在1400℃進行最終氮化硅燒結。其主要反應有：3Si+2N=Si3N4（1）

在反應爐中隨著爐溫的不斷升高，氮氣的活性增強，當達到一定溫度1100℃-1200℃，氮氣和硅粉發(fā)生上述（1）式反應，反應放出能量并傳給周圍硅原子。使之活化并繼續(xù)反應，隨著反應不斷深入胚體內部，硅粉也不斷氮化生成氮化硅。該產品一般不需要研磨加工即可使用，反應燒結法適用于制造形狀復雜，尺寸精確的零件。

2.氣壓燒結法。氣壓燒結是 1976年由日本的Mitomo發(fā)明的，該工藝是把Si3N4

壓胚放在5-12MPa的氮氣在1800-2100℃下進行燒結、施加較高的氮氣壓的目的是為了抑制高溫下Si3N4的分解，從而提高燒結溫度，進一步促進材料的致密化，并且有利于選用能形成高耐火度晶間相的助燒劑來提高材料高溫性能。該工藝比常壓燒結更易于使材料致密化，并且可以制備復雜形狀的陶瓷部件，從而彌補了反應燒結的不足。

氮化硅陶瓷結構件技術目前主要為采用高純超細氮化硅粉體和先進的氮化硅陶瓷燒成制度，冷等靜壓成型、GPS氣壓燒結后經過精密機床加工，生產出先進的氮化硅陶瓷結構件，關鍵點為原材料的燒結活性和原料配方，生產過程中應保證粉體的質量穩(wěn)定性，燒結制度的合理性。