氮化硅电热塞的迅速发展

氮化硅电热塞的迅速发展

氮化硅的强度很高，尤其是热压氮化硅，是世界上最坚硬的物质之一。它极耐高温，强度一直可以维持到１２００℃的高温而不下降，受热后不会熔成融体，一直到１９００℃才会分解，并有惊人的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所有的无机酸和３０％以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀；同时又是一种高性能电绝缘材料。

工艺方法

它是用硅粉作原料，先用通常成型的方法做成所需的形状，在氮气中及１２００℃的高温下进行初步氮化，使其中一部分硅粉与氮反应生成氮化硅，这时整个坯体已经具有一定的强度。然后在１３５０℃～１４５０℃的高温炉中进行第二次氮化，反应成氮化硅。用热压烧结法可制得达到理论密度９９％的氮化硅。

氮化硅陶瓷的制备方法

Si3N4陶瓷的制备技术在过去几年发展很快,制备工艺主要集中在反应烧结法、热压烧结法和常压烧结法、气压烧结法等类型.由于制备工艺不同,各类型氮化硅陶瓷具有不同的微观结构(如孔隙度和孔隙形貌、晶粒形貌、晶间形貌以及晶间第二相含量等).因而各项性能差别很大.要得到性能优良的Si3N4陶瓷材料,首先应制备高质量的Si3N4粉末.用不同方法制备的Si3N4粉质量不完全相同,这就导致了其在用途上的差异,许多陶瓷材料应用的失败,往往归咎于开发者不了解各种陶瓷粉末之间的差别,对其性质认识不足.一般来说,高质量的Si3N4粉应具有α相含量高,组成均匀,杂质少且在陶瓷中分布均匀,粒径小且粒度分布窄及分散性好等特性.好的Si3N4粉中α相至少应占90%,这是由于Si3N4在烧结过程中,部分α相会转变成β相,而没有足够的α相含量,就会降低陶瓷材料的强度.

1、反应烧结法(RS)

是采用一般成型法,先将硅粉压制成所需形状的生坯,放入氮化炉经预氮化(部分氮化)烧结处理,预氮化后的生坯已具有一定的强度,可以进行各种机械加工(如车、刨、铣、钻).最后,在硅熔点的温度以上;将生坯再一次进行完全氮化烧结,得到尺寸变化很小的产品(即生坯烧结后,收缩率很小,线收缩率<011%).该产品一般不需研磨加工即可使用.反应烧结法适于制造形状复杂,尺寸精确的零件,成本也低,但氮化时间很长.

2、热压烧结法(HPS)

将Si3N4粉末和少量添加剂(如MgO、Al2O3、MgF2、Fe2O3等),在1916MPa以上的压强和1600℃以上的温度进行热压成型烧结.英国和美国的一些公司采用的热压烧结Si3N4陶瓷,其强度高达981MPa以上.烧结时添加物和物相组成对产品性能有很大的影响.由于严格控制晶界相的组成,以及在Si3N4陶瓷烧结后进行适当的热处理,所以可以获得即使温度高达1300℃时强度(可达490MPa以上)也不会明显下降的Si3N4系陶瓷材料,而且抗蠕变性可提高三个数量级.若对Si3N4陶瓷材料进行1400———1500℃高温预氧化处理,则在陶瓷材料表面上形成Si2N2O相,它能显著提高Si3N4陶瓷的耐氧化性和高温强度.热压烧结法生产的Si3N4陶瓷的机械性能比反应烧结的Si3N4要优异,强度高、密度大.但制造成本高、烧结设备复杂,由于烧结体收缩大,使产品的尺寸精度受到一定的限制,难以制造复杂零件,只能制造形状简单的零件制品,工件的机械加工也较困难.