氮化硅陶瓷材料最终版

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1、摘要氮化硅陶瓷是一种具有广阔发展前景的高温、高强度结构陶瓷，它具有强度高、抗热震稳定性好、疲劳韧性高、室温抗弯强度高、耐磨、抗氧化、耐腐蚀性能好等高性能，已被广泛应用于各行各业。本文介绍了氮化硅陶瓷的基本性质，综述了氮化硅陶瓷的制备工艺和国内外现代制造业中的应用，并展望了氮化硅陶瓷的发展前景。Abtract：Siliconnitrideceramicisabroaddevelopmentprospectsofhightemperature,highstrengthstructuralceramics,ithashighstren

2、gth,thermalshockstability,hightemperaturefatiguetoughness,highbendingstrength,wearresistance,oxidationresistance,corrosionresistanceandgoodperformanceofhighperformance,hasbeenwidelyusedinallwalksoflife.Thispaperintroducesthebasicpropertiesofsiliconnitrideceramics,rev

3、iewsthefabricatingtechniqueofsiliconnitrideceramicsathomeandabroadandmodernmanufacturingindustryintheapplication,andlooksforwardtothedevelopmentprospectofsiliconnitrideceramics.氮化硅陶瓷材料关键词氮化硅陶瓷性能制备工艺应用KeywordspropertiesofsiliconnitrideceramicpreparationprocessandAppli

4、cation1.前言随着现代科学技术的发展，各种零部件的使用条件愈加苛刻（如高温、强腐蚀等），对新材料的研究和应用提出了更高的要求，传统的金属材料由于自身耐高温、抗腐蚀性能差等弱点已难以满足科技日益发展对材料性能的要求，现亟待开发新材料。由于陶瓷材料的出现可以克服传统材料的不足而越来越被研究人员关注，经过努力研究，在陶瓷的制备工艺和性能方面的研究已取得很大的进步，尤其是Si3N4陶瓷的优越性能得到了人们的广泛认可，就其结构、性能、烧结及应用已经开始系统的研究，本文就Si3N4陶瓷的基本性质，综述了氮化硅陶瓷的制备工艺和国内外现代

5、制造业中的应用，并展望了氮化硅陶瓷的发展前景。2.氮化硅材料的基本概况2.1Si3N4的晶体结构Si3N4有两种晶型，即α—Si3N4(颗粒状晶体)和β一Si3N4(长柱状或针状晶体)，均属六方晶系，都是由[SiN4】四面体共用顶角构成的三维空间网络。且相是由几乎完全对称的六个[SiN4】组成的六方环层在c轴方向重叠而成。而α相是由两层不同且有变形的非六方环层重叠而成。α相结构对称性低，内部应变比β相大，故自由能比β相高，α相在较高温度下(1400℃～1600℃)可转变为β相。因此有人将α—Si3N4称为低温型，是不稳定的，β—

6、Si3N4为高温型，是稳定的。原子结构表明，Si的外层电子为3s23P2，即有4个外层电子，当它和氮原子形成共价键结合时，外层电子变为4个sp3杂化轨道，是空间的，需与4个氦原子成键，每个氮原予给出1个电子共价，si的外层满8个电子。这样就形成了[SiN4】四面体结构。对于氮原子，外层有5个电子，与si原予键和时，有一个P轨道自己耦合，这样只要有3个si原子各提供1个电子与N的sp2轨道键合，外层就满8个电子。所以它的周围有3个Si原予距离最近，这个sp2是平面杂化轨道，另外两个本身键合的ps2电子就垂直于这个平面。因此si原子

7、位于N的四面体中，而N处在Si的正三角形之中。由于si、N原子都达到电子满壳层的稳定结构，电予受束缚，因而电阻率很高。从B一Si3N4晶胞平面投影图(1-3)看出，一个晶胞内含有6个Si原子，8个N原子。第一层平面上有3个Si原子如●所示，4个N原予如▲所示，在第二层平面上的Si为O，N为△。第三层(属另一晶胞)与第一层相对应，亦即在C轴方向上两层重复排列。由于α—Si3N4在高温下转变成β一Si3N4，因而人们曾认为α和β相分别为低温和高温两种晶型。但随着研究的深入，很多现象不能用高低温型的说法解释。最明显的例子是在低于相变温

8、度的反应烧Si3N4中，α和β可熊同时出现，反应终了β相占10％～40％(质量)。又如在SiCl4一NH3-H2系中加入少量的TiCl4，1350℃～1450℃可直接制备出β—Si3N4，若该系在1150℃生成沉淀，然后于Ar气中1400℃热处理6h，得到的仅是