中國粉體網訊  氮化硅（Si3N4）是氮和硅的化合物。在自然界里，氮、硅都是極其普通的元素，在我們生活的世界上無所不在，然而，至今人們還未發(fā)現自然界里存在這兩種元素的化合物。目前存在的氮化硅均是在人工條件下合成。

氮化硅陶瓷是由無機粉體燒結制備而來的，其研究過程十分艱難。早在140多年前人們就直接合成了氮化硅，但直到七十年代中期才真正制得了高質量、低成本，有廣泛重要用途的氮化硅陶瓷制品。在氮化硅陶瓷的制備中，氮化硅陶瓷粉體的制備、燒結以及陶瓷體的增韌增強是氮化硅陶瓷制備過程中關鍵的技術要點。

氮化硅粉體的制備

由于制備工藝不同，各類型氮化硅陶瓷具有不同的微觀結構（如孔隙度和孔隙形貌、晶粒形貌、晶間形貌以及晶間第二相含量等）。因而各項性能差別很大 。要得到性能優(yōu)良的氮化硅陶瓷材料，首先應制備高質量的氮化硅粉末。用不同方法制備的氮化硅粉質量不完全相同，這就導致了其在用途上的差異。

氮化硅的很多性能都歸結于它的結構。氮化硅的晶體結構有α、β和γ 3種晶體結構。α相在高溫下會發(fā)生相變，這種相變是不可逆的，有利于燒結。因此，高質量的氮化硅粉體應具有α相含量高，組成均勻，雜質少且在陶瓷中分布均勻，粒徑小且粒度分布窄及分散性好等特性。好的氮化硅粉中α相至少應占90%，這是由于氮化硅在燒結過程中，部分α相會轉變成β相，而沒有足夠的α相含量，就會降低陶瓷材料強度的原因。

α相結構      β相結構         γ相結構

氮化硅陶瓷的燒結

氮化硅陶瓷的燒結技術發(fā)展很快，其擴散系數、致密化所必須的體積擴散及晶界擴散速度、燒結驅動力很小，這決定了純氮化硅不能靠常規(guī)固相燒結達到致密化。目前氮化硅陶瓷燒結工藝方法主要有：常壓燒結、反應燒結 、熱壓燒結、氣壓燒結等。其中反應燒結是工業(yè)化生產中最早使用的制造氮化硅陶瓷的方法。熱壓燒結和常壓燒結等需要添加燒結助劑，不同燒結助劑對燒結氮化硅陶瓷作用效果也各不相同。先進陶瓷的燒結方法包括不同燒結方式燒結的氮化硅陶瓷產品性能不同，因此根據不同的產品需求可選擇不同的燒結方法和燒結助劑。

燒結方法及特點

燒結助劑及作用效果

氮化硅陶瓷增韌補強

氮化硅陶瓷本身固有的脆性限制了它的應用，因此改善其韌性、提高其可靠性一直是氮化硅陶瓷研究的一個重要方向。目前氮化硅陶瓷增韌的途徑有很多，主要有顆粒彌散增韌、晶須或纖維增韌、ZrO2的相變增韌、利用柱狀β-Si3N4晶粒的自增韌和層狀結構復合增韌等。

顆粒彌散增韌是在氮化硅陶瓷中加入一定粒度的、具有高彈性模量的顆粒；目前，在氮化硅中引入SiC是最為常見的方法；利用柱狀β-Si3N4晶粒的自增韌是指通過合理選擇成分及工藝，使氮化硅陶瓷在燒結中培育出柱狀的β-Si3N4晶粒，這種技術已日益受到人們的重視，正成為提高氮化硅陶瓷斷裂韌性的新途徑。（粉體網編輯整理/橙子）