氣氛加壓燒結(jié)是在加壓的氮氣或其它惰性氣氛下完成陶瓷坯體的燒結(jié),以制取致密、復雜形狀的陶瓷結(jié)構(gòu)件。該方法是20世紀70年代中期,由日本和美國同時發(fā)明,主要用以制備高性能氮化硅陶瓷。它利用高的氮氣壓力抑制氮化硅的分解,使之在較高溫度下達到高致密化而獲得高性能。
通常氮化硅材料的燒結(jié)方法有反應燒結(jié)、熱壓燒結(jié)和無壓燒結(jié)。用無壓燒結(jié)雖然可制取致密且形狀復雜的氮化硅燒結(jié)體,但在0. IMPa的氮氣氣氛和1650'C的燒結(jié)溫度下,氮化硅將發(fā)生分解反應。因此,常壓燒結(jié)的氮化硅陶瓷質(zhì)量損失大而密度低,僅為理論密度的90%左右,若在該溫度下燒結(jié)氮化硅,只好采用較多的添加劑在高溫下生成大量液相,使氮化硅得以燒結(jié):或者采用熱壓的方法,使氮化硅在溫度和壓力的同時作用下,在較低的溫度下達到致密化。這兩種方法都存在不足,如添加劑含量多可導致制品高溫性能惡化;熱壓只能制造形狀簡單的氮化硅陶瓷部件,且生產(chǎn)成本較高等。
氣氛加壓燒結(jié)時,先將氮化硅和少量添加劑均勻混合,按所需的形狀成型,然后將成型坯體置于高溫(1800- 2100(1)加壓氮氣氛中進行燒結(jié)。高壓可抑制氮化硅的分解反應,促進擴散,減少質(zhì)量損失,從而得到組織致密燒結(jié)體。氣體加壓燒結(jié)的可能燒結(jié)溫度與氮氣壓之間的關系是:燒結(jié)溫度愈高,氣氛壓力也要求愈高。與常壓燒結(jié)相比,可使燒結(jié)體的室溫或高溫下強度得到明顯改善。
用氣氛加壓燒結(jié)技術制備Si3N,陶瓷具有以下優(yōu)點:
①燒結(jié)溫度提高,添加劑含量減少,從而改善了材料的高溫力學性能;
②燒結(jié)溫度提高,可選擇高熔點化合物做添加劑,有利于改善材料性能;
③改善顯微結(jié)構(gòu),如增加氣氛壓力有利于晶粒細化,從而有利于制品力學性能的提高;
④易于制造形狀復雜和大尺寸制I鈷,不受模具和封套等的限制。
如果將前面介紹的反應燒結(jié)法和氣氛加壓燒結(jié)法融于一體,可實現(xiàn)對氮化硅陶瓷的快速制備,即“一步燒結(jié)法”。該方法是將硅粉末制備的壓塊在高壓氮氣氛爐中先反應燒結(jié),再在爐中直接燒結(jié)成致密材料。可使反應燒結(jié)時間大為縮短又不需超細氮化硅粉體作為起始原料,從麗可降低成本,縮短生產(chǎn)周期,適于制造復雜的氮化硅燒結(jié)體。
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本文“陶瓷氣氛加壓燒結(jié)”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2019-03-16 11:45:21
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