高性能氮化硅陶瓷粉體研究.pdf

1、氮化硅是一種性能優(yōu)異的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，被譽(yù)為陶瓷材料界的“全能冠軍”。它不僅具有強(qiáng)度高、耐高溫、耐磨損、比重小等優(yōu)異的物理性能，而且能夠承受除氫氟酸之外所有無機(jī)酸的腐蝕，表現(xiàn)出非常好的化學(xué)穩(wěn)定性。因此，氮化硅陶瓷廣泛應(yīng)用于電子、軍工、冶金、機(jī)械、化工等諸多領(lǐng)域。作為制備氮化硅陶瓷的主要原料，氮化硅粉末受到了業(yè)界廣泛高度的重視。如何制備高α相和超細(xì)粒徑的氮化硅粉是生產(chǎn)和研究的熱點(diǎn)。
　　直接氮化法，即硅粉與氮?dú)庠诟邷叵路磻?yīng)生成氮化

2、硅的方法，是目前生產(chǎn)制備氮化硅粉最主流的方法。但是，由于硅粉氮化反應(yīng)是一個(gè)釋放大量能量的放熱反應(yīng)，所以，反應(yīng)體系中容易產(chǎn)生過熱，從而容易使得已經(jīng)生成的α相轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪?，并且使得硅發(fā)生自燒結(jié)而阻礙進(jìn)一步氮化反應(yīng)的發(fā)生。針對上述問題，本文探索了新型硅粉氮化實(shí)驗(yàn)，提出了改善反應(yīng)熱的幾點(diǎn)新思路，并摸索了最優(yōu)工藝:
　　首先，使用旋轉(zhuǎn)爐進(jìn)行硅粉氮化，相對與靜態(tài)的管式爐和箱式爐，是一個(gè)動(dòng)態(tài)氮化的過程，氮化過程中不容易積熱，因此可以抑制α相到β相

3、的轉(zhuǎn)變，同時(shí)能夠抑制氮化硅結(jié)塊，可以直接制備高α相的氮化硅粉體，也避免了機(jī)械粉碎過程。最后也能提高氮化的均勻性，避免靜態(tài)爐中最后成品氮化硅塊中α相分布不均勻的問題。
　　其次，提出在微米級硅粉中摻入一定量納米級硅粉，作為制備氮化硅粉的原料。由于納米硅粉的氮化溫度較低，因此能夠先生成一部分氮化硅，先生成的這部分氮化硅起到稀釋劑的作用，能夠降低氮化過程中的積熱，從而提高α相含量。在同樣的思路下，我們在硅粉中添加一定量的氮化硅粉作為稀釋

4、劑，也能起到提高α相的目的;我們采用兩步氮化法，第一步生成的氮化硅顆粒也能起到稀釋劑的作用，最終提高α相含量。
　　第三，由于多孔硅粉具有高的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，可以有效的提高氮化反應(yīng)速率，均勻性，疏散反應(yīng)積熱，因此，以多孔硅粉作為原料，在類似的氮化條件下，能夠得到α相含量更高的氮化硅粉。
　　此外，改善氮化硅的粒徑分布、提高其純度也是改善氮化硅粉質(zhì)量的重要指標(biāo)。因此，本文針對氮化硅球磨和酸洗進(jìn)行了探索實(shí)驗(yàn)，得到的最佳的球磨