氮化硅的成型和热处理

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氮化硅的成型和热处理

形成和随后烧结氮化硅的最常用方法是添加 MgO 的热压；然而，由于当前的进步，无压力烧结是可以实现的。为了在不引入高压的情况下使氮化硅压块致密，必须添加氧化钇 (Y2O3) 和氧化铝 (Al2O3)。然后可以烧结压块在 1750°C 的温度下不增加压力；然而，最大致密化速率发生在 1450-1500°C 的温度之间。开始致密化的总收缩率和温度取决于所用氮化硅粉末的生产路线。

由于 Si3N4 对大气中的杂质很敏感，因此 Si3N4 粉末的热处理需要 N2 气氛或真空。H2O、O2 或 H2 对气氛的污染对被热处理的产品有显着影响。在商业生产中去除杂质气体，特别是氧气是困难的。如果金属硅仍然存在（尚未反应形成 Si3N4），同时存在氧气或水蒸气，则金属硅会氧化成 SiO2，导致冷却后形成玻璃相。

由于 H2O 和/O 的存在而形成氧化硅 r O2 可以通过 Si3N4 产品表面的“釉料”目测检测到。5 氧气和/或水蒸气的存在也会对已经形成的 Si3N4 产生不利影响，可能导致氮化硅氧化（形成Si2N2O) 或导致氮化硅解离（前者的反应在热力学上更稳定）：

2Si3N4 + 1.5O2 --> 3Si2N2O + N2，ΔG1227°C = -1063 kJ/mole

Si3N4 + 3O2 --> SiO2 + 2N2，ΔG1227°C = -802 kJ/mole

在 1000-1400°C 的温度范围内，氮化硅氧化的活化能 (Q) 约为 486 kJ/mol，而对于硅金属的氧化，Q = 112 kJ/mol相同的温度范围。相比之下，已经证明在氮化过程中存在的少量 (0.2%) H2 气体会导致重量增加增加，这意味着硅颗粒的氮化更完全。 5

键合阶段

Si3N4 键合相可以在专有的热处理过程中使用所有三种形成氮化硅的方法原位形成。通过这些工艺，生产出非常大（重达 900 磅）的工业 Si3N4 键合碳化硅零件，公差非常小，通常为 ± 0.04 英寸。

氮化硅陶瓷