什么是无压烧结氮化硅陶瓷？

无压烧结是指将一定形状的陶瓷坯体在高温常压(0.1MPa)下烧结，通过物理化学反应，使其成为致密、坚硬、体积稳定、具有一定性能的固结体的过程。与“热压”和“气氛加压”相比，烧结是在MPa的气氛(如空气、氢气、氩气、氮气)中进行，不需要外加驱动力。烧结的驱动力来自于自由能的变化，即粉末的表面积减小，表面能降低。在无压烧结过程中，可以通过固相扩散或蒸发冷凝进行传质。气相传质需要将物质加热到足够高的温度，形成足够高的蒸汽压，对一般陶瓷材料影响不大。不能通过固相烧结致密化的陶瓷材料可以通过添加适量的烧结助剂在高温下生成液相来烧结。无压烧结得到的材料性能低于热压得到的材料性能。但工艺简单，设备易于制造，成本低廉，适合制备形状复杂的陶瓷制品，大批量生产。

为了降低氮化硅材料的成本，采用廉价的低纯度β-Si3N4粉末，通过无压烧结制备氮化硅陶瓷材料。结果表明，β-Si3N4粉末具有良好的烧结性能，得到了由柱状颗粒和小球状颗粒组成的嵌套结构。结构组成相对均匀，没有晶粒的异常生长。所得材料的抗弯强度为587M Pa，韧性达到5.3M Pa*m1/2，表明是可以接受的。

氮化硅陶瓷的无压烧结作为一种极具实用价值的方法，越来越受到人们的关注。它可以经济地批量生产各种产品。与过去几年相比，无压烧结氮化硅陶瓷的性能有了很大的提高，这使得氮化硅陶瓷得到了广泛的应用。

氮化硅具有强价键结构，其烧结非常困难。无压烧结工艺很难达到一定的性能要求。即使在高温下，氮和硅的体扩散系数也很小，同时在1600℃以上，氮化硅会明显分解，不采取一些特殊措施，氮化硅陶瓷很难致密化。氮化硅陶瓷无压烧结的关键在于烧结助剂的选择，为此人们做了大量的研究工作并取得了很大的进展。

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