第五章氮化物...ppt

8.1氮化硅(Si3N4),两步氮化法：,Si+N2Si3N4,氮化烧结影响因素,气氛,少量H2加速了Si表面SiO2薄膜的剥落，加速了氮化反应。但是H2含量太高则不利,催化剂,Fe2O3、BaF2、CaF2等都可以促进氮化，通常加入12。,氮化机理,Fe2O3使Si表面SiO2膜破裂，Si与SiO2反应生成SiO，少量H2可增加SiO的浓度。,典型氮化制度：135024hr，145024hr,氮化为放热反应，坯体内部温度比炉温高40左右。易于使局部温度过高而出现流Si现象。,气耗定温升,特点：氮化温度始终低于Si熔点氮化过程为准静态过程氮化过程基本不排气，氮化速率均匀,三步升温法,多步升温法,恒速升温法,在Si3N4粉料中加入添加剂，经磨细混匀、压力成型后热压。,热压温度：1750-1800，压力20-30MPa。,反应烧结Si3N4密度一般2.2-2.7g/cm3，若要更高的强度和密度，则采用热压烧结。,原始相含量4%,条件：高表面能的超细Si3N4粉末加入添加剂发生液相烧结（MgO、Y2O3、ZrO2、La2O3等）能和原料表面的SiO2生成硅酸盐液相，润湿和溶解Si3N4、实现烧结。,Si3N41900分解，高温下出现失重，难以致密化，一般采用增加N2压力的方法抑制分解。,重烧结,将含有添加剂的反应烧结氮化硅在一定氮气压力、较高温度下再次烧结，使之进一步致密化，也称二次反应烧结氮化硅,一般使用的添加剂包括：MgO、Y2O3、Al2O3、AlN、La2O3、TiO2、Mg3N2等,其加入量以所形成的液相能完全润湿整个结构为准。,需要高的氮气压力抑制氮化硅分解，一般采用几十大气压，甚至200MPa。,重烧结后密度在90以上，甚至可以高达99。且收缩较小，一般不超过6.5,8.4氮化硼（BN）,图8.2六方BN的晶体结构,BN晶体结构,由于六方BN层间为分子键，层间距离大，易破坏，硬度很低，有润滑性，因此也称为“白石墨”。层内的强共价键不易破坏，要到3000以上才发生分解，所以BN是良好的高温材料。,六方BN加触媒剂(碱金属或碱土金属)，在69GPa和15002000的高温作用下会转变成立方BN，具有金刚石的特性，硬度接近金刚石但比金刚石耐高温、抗氧化，是优良的超硬材料。,8.4.2立方BN原料合成性质及用途,CBN通常是黑色、棕色、或暗红色的晶体，也有白色、灰色或黄色成品出现，随合成时使用的催化剂而异,用碱或碱土金属为催化剂，在15002000，69GPa下六方BN晶体可转化为立方BN；此外较细的六方BN粉料(粒度为0.1m或小于1m)，不加催化剂，在较低的压力(6GPa)和温度(12001450)下，也可合成立方BN。,立方BN的性质与用途立方BN为闪锌矿结构，化学稳定性高，导热及耐热性能好，其硬度与人造金刚石相近，是性能优良的的研磨材料。与金刚石相比，其最突出的优点在于高温下不与铁系金属反应，并且可以在1400的温度使用(金刚石为800)。立方BN除了直接用作磨料外，还可以将其与某些金属或陶瓷混合，经烧结制成块状材料，作为各种高性能切削刀具。,Sialon陶瓷,70年代初，日本的小山阳一和英国的Jack、Wilson在对Si3N4各种添加剂的研究中发现了一类新材料，金属氧化物在金属氮化物中的固溶体，即