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氧化物燒結(jié)相對簡單一些,一般的氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷,是在空氣氛圍燒結(jié)而成。
氮化物陶瓷,如氮化硅陶瓷在燒結(jié)中會與氧氣反應(yīng)生產(chǎn)二氧化碳,所以如品質(zhì)的氮化硅產(chǎn)品,一般要在氮氣的保護(hù)氣氛下燒結(jié),氮化硅的燒結(jié)方式比較多,下面介紹如下:
1)反應(yīng)燒結(jié)(RS)
以氮化硅陶瓷為例,反應(yīng)燒結(jié)氮化硅是把Si粉或Si粉與Si3N4粉的混合后,在1200度左右通過氮氣進(jìn)行預(yù)氮化,之后加工成所需產(chǎn)品,最后在1400度左右進(jìn)行最終氮化燒結(jié),在此過程中不需添加助燒劑,因此高溫下材料強(qiáng)度不會明顯降低,同時反應(yīng)氮化硅具有無收縮特性,可制備形狀復(fù)雜的產(chǎn)品,但因制品致密度低(70%-90%),存在大量氣孔,力學(xué)性能受到較大影響;
2)常壓燒結(jié)(PLS)
常壓燒結(jié)氮化硅是以高純、超細(xì)、高α相含量的氮化硅粉末與少量助燒劑混合,通過成形、燒結(jié)等工序制備而成。在燒結(jié)過程中,α相向液溶解,之后析出β-Si3N4晶核上變?yōu)棣?/span>-Si3N4,這有利于燒結(jié)過程的進(jìn)行。燒結(jié)時必須通入氮氣,以抑制Si3N4的高溫分解。常壓燒結(jié)可獲得形狀復(fù)雜、性能優(yōu)良的陶瓷,其缺點是燒結(jié)收宿率較大,一般為16%-26%,易使制品開裂變形。
3)重?zé)Y(jié)(PS)
將反應(yīng)燒結(jié)的Si3N4燒結(jié)坯在助燒劑存在的情況下,置于氮化硅粉末中,在高溫下重?zé)Y(jié),得到致密的Si3N4制品。助燒劑可在硅粉球磨時引入,也可用浸漬的方法在反應(yīng)燒結(jié)后浸漬加入。由于反應(yīng)燒結(jié)過程中可預(yù)加工,在重?zé)Y(jié)過程中的收縮僅有6%-10%,所以可制備形狀復(fù)雜、性能優(yōu)良的部件。
4)氣壓燒結(jié)(GPS)
氣壓燒結(jié)是把Si3N4壓坯在5-12MPa的氮氣中于1800-2100℃下進(jìn)行燒結(jié)。由于氮氣壓力高,從而提高了Si3N4的分解溫度,有利于選用能形成高耐火度晶間相的助燒劑,來提高材料的高溫性能。氣壓燒結(jié)氮化硅陶瓷具有高韌性、高強(qiáng)度和好的耐磨性,可直接制取接近最終形狀的各種復(fù)雜形狀制品,從而可大幅度降低成本和加工費用。而且其生產(chǎn)工藝接近于硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝,適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
5)熱壓燒結(jié)(HP)
把氮化硅粉末與助燒劑置于石墨模具中,在高溫下單向加壓燒結(jié)。由于外加壓力提高了燒結(jié)驅(qū)動力,加快了α→β轉(zhuǎn)變及致密化速度。熱壓法可得到致密度大于95%的高強(qiáng)氮化硅陶瓷,材料性能高,且制造周期短。但是這種方法只能制造形狀簡單的制品,對于形狀復(fù)雜的部件加工費用高,而且由于單向加壓,組織存在擇優(yōu)取向,使性能在與熱壓面平行及垂直方向有差異。
6)熱等靜壓法(HIP)
將氮化硅及助燒劑的混合物粉末封裝到金屬或玻璃包套中,抽真空后通過高壓氣體在高溫下燒結(jié)。常用的壓力為200MPa,溫度為2000℃。熱等靜壓氮化硅可達(dá)理論密度,但它工藝復(fù)雜,成本較高。近年來還發(fā)展了其他一些燒結(jié)和致密化工藝,如超高壓燒結(jié)、化學(xué)氣相沉積、爆炸成形等。
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