氮化硅陶瓷是一種具有高比強(qiáng)、高比模、耐高溫、抗氧化、耐磨損、抗蠕變、抗疲勞和抗熱震等優(yōu)良性能的陶瓷材料，適用于高溫、摩擦、重載等環(huán)境惡劣的工況，可用于制造航空航天用部件、軸承、高速切削刀具等。
氮化硅陶瓷的傳統(tǒng)燒結(jié)工藝有反應(yīng)燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、常壓燒結(jié)和氣壓燒結(jié)，近年來(lái)，出現(xiàn)了微波燒結(jié)等新型燒結(jié)方法。
利用微波能對(duì)被燒材料進(jìn)行整體加熱是其最大特點(diǎn)，由于是整體加熱，材料受熱均勻、溫度梯度小，這樣燒成的材料性質(zhì)均勻，晶粒細(xì)小，致密性好。另外，微波燒結(jié)還有升溫速度快、高效節(jié)能等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)燒結(jié)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和性能。
氮化硅陶瓷傳統(tǒng)燒結(jié)
反應(yīng)燒結(jié)
反應(yīng)燒結(jié)氮化硅陶瓷是一種將硅粉或硅粉與氮化硅的混合物成型后，在1200℃左右通氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)氮化處理，再在1400℃左右進(jìn)行最終的氮化燒結(jié)，最后進(jìn)行后續(xù)燒結(jié)的工藝方法。
反應(yīng)燒結(jié)工藝流程圖
熱壓燒結(jié)
氮化硅陶瓷的熱壓燒結(jié)是指將氮化硅粉與少量添加劑在一定壓強(qiáng)和高溫下進(jìn)行熱壓成型燒結(jié)。熱壓燒結(jié)時(shí)添加劑和物相組成對(duì)材料性能影響很大，因此嚴(yán)格控制晶界相的組成，以及在燒結(jié)后進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚�，可獲得在高溫時(shí)強(qiáng)度也不會(huì)下降很多的氮化硅陶瓷材料。
熱壓燒結(jié)工藝流程圖
常壓燒結(jié)
以高純、超細(xì)、高α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。
氣壓燒結(jié)
氮化硅陶瓷的氣壓燒結(jié)是指把氮化硅壓坯置于較高氣壓的氮?dú)庵杏?800~2100℃下進(jìn)行燒結(jié)。高壓力的氮?dú)夥諊梢种频璧姆纸�，從而有利于選擇能形成耐高溫晶間相的助燒劑以提高氮化硅陶瓷的高溫性能。
氮化硅陶瓷傳統(tǒng)制備方法相比
氮化硅陶瓷微波燒結(jié)
微波燒結(jié)是利用微波具有的特殊波段與材料的基本細(xì)微結(jié)構(gòu)耦合而產(chǎn)生熱量，通過(guò)材料在電磁場(chǎng)中的介質(zhì)損耗使其材料整體加熱至燒結(jié)溫度，實(shí)現(xiàn)致密化的方法。
微波燒結(jié)是一種無(wú)需傳導(dǎo)的工藝方法，無(wú)熱慣性，可即時(shí)發(fā)熱或瞬時(shí)停止，具有高效、節(jié)能、無(wú)污染的特點(diǎn)。除此之外，微波燒結(jié)氮化硅還具有許多其他優(yōu)勢(shì)：
（1）降低氮化硅相變轉(zhuǎn)化起始溫度，提高相變轉(zhuǎn)化率。氮化硅在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)發(fā)生α→β-Si3N4相變轉(zhuǎn)化的過(guò)程，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)微波燒結(jié)會(huì)促進(jìn)氮化硅的相變轉(zhuǎn)化。
（2）形成獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)。研究表明微波燒結(jié)有助于制得微波結(jié)構(gòu)更優(yōu)異的材料。
（3）細(xì)化顆粒，提高力學(xué)性能。材料的力學(xué)性能是是由微觀結(jié)構(gòu)決定的，微波燒結(jié)有助于在較高升溫速率下制得晶粒細(xì)小均勻的材料，從而提高其力學(xué)性能。
（4）降低燒結(jié)溫度，提高致密度。在微波燒結(jié)過(guò)程中材料內(nèi)部的粒子在微波電磁能作用下動(dòng)能增加、粒子擴(kuò)散系數(shù)增加、燒結(jié)活化能降低，從而實(shí)現(xiàn)在低溫即可使材料致密化。
總之，與傳統(tǒng)燒結(jié)工藝相比，微波燒結(jié)氮化硅陶瓷具有促進(jìn)相變、降低燒結(jié)溫度、促進(jìn)致密化、改善微觀組織、提高材料性能等優(yōu)點(diǎn)。
參考資料：
徐偉偉等.氮化硅陶瓷材料微波燒結(jié)研究現(xiàn)狀
王正軍.氮化硅陶瓷的研究現(xiàn)狀
祝昌華等.氮化硅陶瓷的制備及進(jìn)展
