氮化硅陶瓷的低温液相烧结

【作者】 孙兴伟； 郭峰； 黄莉萍；

【机构】 中国科学院上海硅酸盐研究所；

【摘要】 氮化硅陶瓷是典型的高温高强结构陶瓷,已广泛应用于机械、电子、冶金和国防等工业领域,可制作陶瓷发动机部件、切削刀具、陶瓷轴承、泵用机械密封件以及其它耐磨产品等。氮化硅陶瓷材料较高的烧结温度所带来的高成本制备是限制该材料得到更广泛应用的一个重要原因。本文对氮化硅陶瓷的低温烧结进行研究,选择Mg-Al-Si系统和Ca-Al-Si系统作为氮化硅陶瓷的烧结助剂。通过组分设计,选择相图最低共熔点时的化学组成,发现可以很好地降低氮化硅陶瓷的烧结温度,氮化硅陶瓷的烧结温度可以降低到1600oC左右,抗折强度可达600MPa以上,硬度HRa可达90。实验结果表明Mg-Al-Si系统和Ca-Al-Si系统所形成的液相,在1600oC烧结温度以下,生成的液相数量就越多,致密化效果也越好,越能够促进氮化硅样品致密化。当烧结温度达到1650oC时,液相量过多,易产生缺陷,反而不利于烧结体的致密化。氮化硅陶瓷在1500~1600℃烧结温度过程,氮化硅陶瓷?相颗粒溶入液相,沉淀出难溶解、更稳定的?相氮化硅。要想在低温下烧结获得有理想结构和较佳力学性能的氮化硅陶瓷,必须设法提高低温时氮化硅晶粒在液相中的溶解度,通过控制液相的性能如体积、粘度等,促进?相氮化硅颗粒沿c轴优先生长,控制颗粒的直径,从而有利于其显微结构发育,得到满意长径比的?相氮化硅。更多还原