什么是氮化硅陶瓷材料
發布時間:2020-09-02
氮化硅是一種重要的結構陶瓷材料。它是一種超硬物質，本身具有潤滑性，并且耐磨損，為原子晶體；高溫時抗氧化。而且它還能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此優異的特性，人們常常利用它來制造軸承、氣輪機葉片、機械密封環、性模具等機械構件。如果用耐高溫而且不易傳熱的氮化硅陶瓷來制造發動機部件的受熱面，不僅可以提高柴油機質量，節省燃料，而且能夠提高熱效率。我國及美國、日本等國家都已研制出了這種柴油機。
制備氮化硅陶瓷制品的工藝流程一般由原料處理、粉體合成、粉料處理、成形、生坯處理，燒結和陶瓷體處理等環節組成。氮化硅陶瓷制備工藝的類型主要是按合成、成型和燒結的不同方法和次序區分的。陶瓷常用的成型方法有干壓、流延以及注射，其中干壓成型是應用廣泛的一種成型工藝，也是手機陶瓷背板主流的成型工藝之一，小米MIX系列的陶瓷后蓋都是干壓成型的。今天，我們來詳細了解一下陶瓷干壓成型工藝。
一、干壓成型
干壓成型又稱模壓成型，是常用的成型方法之一。干壓成型是將經過造粒后流動性好，顆粒級配合適的粉料，裝入金屬模腔內，通過壓頭施加壓力，壓頭在模腔內位移，傳遞壓力，使模腔內粉體顆粒重排變形而被壓實，形成具有一定強度和形狀的陶瓷素坯。
二、干壓成型的工藝原理和影響因素
1. 工藝原理
干壓成型的實質是在外力作用下，顆粒在模具內相互靠近，并借助內摩擦力牢固地把各顆粒聯系起來，保持一定形狀。這種內摩擦力作用在相互靠近的顆粒外圍結合劑薄層上。
隨著壓力增大，坯料將改變外形，相互滑動，間隙減少，逐步加大接觸，相互貼緊。由于顆粒進一步靠近，使膠體分子與顆粒間的作用力加強因而坯體具有一定的機械強度。
2.影響因素
影響干壓成型的主要因素有：粉體性質：粒度、粒度分布、流動性、含水率等；粘結劑和潤滑劑的選擇；模具設計；壓制過程中壓制力、加壓方式、加壓速度與保壓時間。綜上，如果坯料顆粒級配合適，結合劑使用正確，加壓方式合理，干壓法也可以得到比較理想的坯體密度。
氮化硅陶瓷高純氮化硅粉在1700 C下熱壓液基本不發生收縮。氮化硅的燒結方 法主要有三種：反應燒結法，常規燒結法和熱壓燒結法。
1 、反應燒結
它基于反應： 3Si(s)+2N2(g)= Si3N4 (s) 氮化反應的起始溫度于1100 , 然后逐漸升溫1420 , 整個過程需要幾 C C 天, 由于此反應是放熱反應, 因此升溫速度要小心控制。一般在低于 1400 的溫度下保溫所得到的產物是α - 、 β- Si3N4 的混合物，具有15C 30%的氣孔率。
氮化硅陶瓷
1 、反應燒結
優點：不許添加額外的添加劑 特點：高溫下材料的強度不會明顯降低; 產品尺寸和形狀不變，可以制得形狀復雜的制品； 要把兩個零件焊接時，只需將其連接在一起進行氮化。 反應燒結中，影響產品質量的關鍵因素是控制反應溫度。 三步升溫法后將爐溫升硅的熔點以上，常稱為超溫氮化。
制備氮化硅陶瓷制品的工藝流程一般由原料處理、粉體合成、粉料處理、成形、生坯處理，燒結和陶瓷體處理等環節組成。氮化硅陶瓷制備工藝的類型主要是按合成、成型和燒結的不同方法和次序區分的。陶瓷常用的成型方法有干壓、流延以及注射，其中干壓成型是應用廣泛的一種成型工藝，也是手機陶瓷背板主流的成型工藝之一，小米MIX系列的陶瓷后蓋都是干壓成型的。今天，我們來詳細了解一下陶瓷干壓成型工藝。
一、干壓成型
干壓成型又稱模壓成型，是常用的成型方法之一。干壓成型是將經過造粒后流動性好，顆粒級配合適的粉料，裝入金屬模腔內，通過壓頭施加壓力，壓頭在模腔內位移，傳遞壓力，使模腔內粉體顆粒重排變形而被壓實，形成具有一定強度和形狀的陶瓷素坯。
二、干壓成型的工藝原理和影響因素
1. 工藝原理
干壓成型的實質是在外力作用下，顆粒在模具內相互靠近，并借助內摩擦力牢固地把各顆粒聯系起來，保持一定形狀。這種內摩擦力作用在相互靠近的顆粒外圍結合劑薄層上。
隨著壓力增大，坯料將改變外形，相互滑動，間隙減少，逐步加大接觸，相互貼緊。由于顆粒進一步靠近，使膠體分子與顆粒間的作用力加強因而坯體具有一定的機械強度。
2.影響因素
影響干壓成型的主要因素有：粉體性質：粒度、粒度分布、流動性、含水率等；粘結劑和潤滑劑的選擇；模具設計；壓制過程中壓制力、加壓方式、加壓速度與保壓時間。綜上，如果坯料顆粒級配合適，結合劑使用正確，加壓方式合理，干壓法也可以得到比較理想的坯體密度。
氮化硅陶瓷高純氮化硅粉在1700 C下熱壓液基本不發生收縮。氮化硅的燒結方 法主要有三種：反應燒結法，常規燒結法和熱壓燒結法。
1 、反應燒結
它基于反應： 3Si(s)+2N2(g)= Si3N4 (s) 氮化反應的起始溫度于1100 , 然后逐漸升溫1420 , 整個過程需要幾 C C 天, 由于此反應是放熱反應, 因此升溫速度要小心控制。一般在低于 1400 的溫度下保溫所得到的產物是α - 、 β- Si3N4 的混合物，具有15C 30%的氣孔率。
氮化硅陶瓷
1 、反應燒結
優點：不許添加額外的添加劑 特點：高溫下材料的強度不會明顯降低; 產品尺寸和形狀不變，可以制得形狀復雜的制品； 要把兩個零件焊接時，只需將其連接在一起進行氮化。 反應燒結中，影響產品質量的關鍵因素是控制反應溫度。 三步升溫法后將爐溫升硅的熔點以上，常稱為超溫氮化。