氮化硅電熱塞的迅速發(fā)展

氮化硅的強度很高，尤其是熱壓氮化硅，是世界上最堅硬的物質(zhì)之一。它極耐高溫，強度一直可以維持到１２００℃的高溫而不下降，受熱后不會熔成融體，一直到１９００℃才會分解，并有驚人的耐化學(xué)腐蝕性能，能耐幾乎所有的無機酸和３０％以下的燒堿溶液，也能耐很多有機酸的腐蝕；同時又是一種高性能電絕緣材料。

工藝方法

它是用硅粉作原料，先用通常成型的方法做成所需的形狀，在氮氣中及１２００℃的高溫下進行初步氮化，使其中一部分硅粉與氮反應(yīng)生成氮化硅，這時整個坯體已經(jīng)具有一定的強度。然后在１３５０℃～１４５０℃的高溫爐中進行第二次氮化，反應(yīng)成氮化硅。用熱壓燒結(jié)法可制得達到理論密度９９％的氮化硅。

氮化硅陶瓷的制備方法

Si3N4陶瓷的制備技術(shù)在過去幾年發(fā)展很快,制備工藝主要集中在反應(yīng)燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)法和常壓燒結(jié)法、氣壓燒結(jié)法等類型.由于制備工藝不同,各類型氮化硅陶瓷具有不同的微觀結(jié)構(gòu)(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Si3N4陶瓷材料,首先應(yīng)制備高質(zhì)量的Si3N4粉末.用不同方法制備的Si3N4粉質(zhì)量不完全相同,這就導(dǎo)致了其在用途上的差異,許多陶瓷材料應(yīng)用的失敗,往往歸咎于開發(fā)者不了解各種陶瓷粉末之間的差別,對其性質(zhì)認識不足.一般來說,高質(zhì)量的Si3N4粉應(yīng)具有α相含量高,組成均勻,雜質(zhì)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Si3N4粉中α相至少應(yīng)占90%,這是由于Si3N4在燒結(jié)過程中,部分α相會轉(zhuǎn)變成β相,而沒有足夠的α相含量,就會降低陶瓷材料的強度.

1、反應(yīng)燒結(jié)法(RS)

是采用一般成型法,先將硅粉壓制成所需形狀的生坯,放入氮化爐經(jīng)預(yù)氮化(部分氮化)燒結(jié)處理,預(yù)氮化后的生坯已具有一定的強度,可以進行各種機械加工(如車、刨、銑、鉆).最后,在硅熔點的溫度以上;將生坯再一次進行完全氮化燒結(jié),得到尺寸變化很小的產(chǎn)品(即生坯燒結(jié)后,收縮率很小,線收縮率<011%).該產(chǎn)品一般不需研磨加工即可使用.反應(yīng)燒結(jié)法適于制造形狀復(fù)雜,尺寸精確的零件,成本也低,但氮化時間很長.

2、熱壓燒結(jié)法(HPS)

將Si3N4粉末和少量添加劑(如MgO、Al2O3、MgF2、Fe2O3等),在1916MPa以上的壓強和1600℃以上的溫度進行熱壓成型燒結(jié).英國和美國的一些公司采用的熱壓燒結(jié)Si3N4陶瓷,其強度高達981MPa以上.燒結(jié)時添加物和物相組成對產(chǎn)品性能有很大的影響.由于嚴格控制晶界相的組成,以及在Si3N4陶瓷燒結(jié)后進行適當?shù)臒崽幚?所以可以獲得即使溫度高達1300℃時強度(可達490MPa以上)也不會明顯下降的Si3N4系陶瓷材料,而且抗蠕變性可提高三個數(shù)量級.若對Si3N4陶瓷材料進行1400———1500℃高溫預(yù)氧化處理,則在陶瓷材料表面上形成Si2N2O相,它能顯著提高Si3N4陶瓷的耐氧化性和高溫強度.熱壓燒結(jié)法生產(chǎn)的Si3N4陶瓷的機械性能比反應(yīng)燒結(jié)的Si3N4要優(yōu)異,強度高、密度大.但制造成本高、燒結(jié)設(shè)備復(fù)雜,由于燒結(jié)體收縮大,使產(chǎn)品的尺寸精度受到一定的限制,難以制造復(fù)雜零件,只能制造形狀簡單的零件制品,工件的機械加工也較困難.