文档介绍：工程陶瓷——氮化硅陶瓷汇报人:张加艳一、氮化硅的发展历史 1875 年 Deville 和 Wohler 提出的 1910 年 Weiss 报道金属硅在氮器中加热到 1320 oC时在其表面形成蓝白色涂层。在英国 20世纪 60年代对氮化硅进行了大量的研究,并且提出了氮化硅有两种晶型 1961 年 Deeley 将已合成的氮化硅粉中加入各种烧结剂静相热压,从而极大地降低了气孔率,提高了强度,观察到了α到β的转变。 1971 年美国制定陶瓷燃气机的详细计划,但随后发现实施的难度很大,热压受形状的限制,难以压成形状复杂的部件。氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷晶体结构 Si 3N 4有两种晶形,α - Si 3N 4是颗粒状结晶体,β- Si 3N 4是针状结晶体。两者均属六方晶系,都是由[SiN 4] 4-四面体共用顶角构成的三维空间网络。在 1400-1600 加热, α - Si 3N 4会转变为β- Si 3N 4但不能说β- Si 3N 4是高温型: (1)低于相变温度合成的 Si3N4 中,两相都有。(2)在气相反应中,在 1350-1450 直接合成β- Si 3N 4氮化硅陶瓷(一)原料 Si 3N 4粉的生产方法 1 、直接氮化法 1300----1500 °C 3Si+2N 2 ——————— Si 3N 4 优点:工艺流程简单,成本低。缺点:反应慢,需较高的反应温度和较长的反应时间,粒径分布较宽,而且产物需要进一步经过粉碎,磨细和纯化才能达到质量要求。氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷粉末制备 2 、 SiO 2还原氮化法 1300--1700 oC 3SiO 2 +6C+2N 2——————— Si 3N 4 +6CO 特点:原料来源丰富,反映产物是疏松粉末,无需像硅粉氮化产物那样需经粉碎处理,从而避免了杂质的重新引入,所以用该法制的粉末粒型规整,粒度分布窄。并且α - Si 3N 4含量高,但含碳和氧高,必须想办法除去多余的部分。氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷粉末制备 3 、液相法-30----70 oC SiCl 4 +6NH 3—————— Si(NH) 2 +4NH 4 Cl 1600 o C 3Si(NH) 2 —— Si 3N 4 +2NH 3它具有纯度高,粒径微细而且均匀,所以发展很快。氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷粉末制备 4 、气相法 1400 oC 3SiCl 4 +4NH 3———— Si 3N 4 +12HCl 特点:可以获得均匀超细,最低颗粒尺寸小于 10纳米的粉体。由于反应中心区域与反应器之间被原料气隔离,污染小,能够获得稳定质量的粉体。氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷粉末制备氮化硅陶瓷的制备方法氮化硅陶瓷的烧结方法氮化硅陶瓷它基于反应: 3Si(s)+2N 2 (g)= Si 3N 4 (s) 氮化反应的起始温度于 1100 oC, 然后逐渐升温至 1420 oC, 整个过程需要几天, 由于此反应是放热反应, 因此升温速度要小心控制。一般在低于 1400 oC的温度下保温所得到的产物是α - 、β- Si 3N 4的混合物,具有 15- 30% 的气孔率。氮化硅陶瓷高纯氮化硅粉在 1700 oC下热压液基本不发生收缩。氮化硅的烧结方法主要有三种:反应烧结法,常规烧结法和热压烧结法。 1 、反应烧结优点:不许添加额外的添加剂特点:高温下材料的强度不会明显降低; 产品尺寸和形状不变,可以制得形状复杂的制品; 要把两个零件焊接时,只需将其连接在一起进行氮化。氮化硅陶瓷反应烧结中,影响产品质量的关键因素是控制反应温度。三步升温法最后将炉温升至硅的熔点以上,常称为超温氮化。 1 、反应烧结