1.氮化硅氮化燒成的特殊性
氮化硅結(jié)合碳化硅材料是以ｓｉｃ和ｓｉ為主要組分，并加入添加劑制成試樣，在氮化爐中輸入純度為９９．９９％的 ｎ２ 進(jìn)行氮化燒結(jié)，在合適的燒成制度下試樣氮化燒結(jié)成為氮化硅結(jié)合碳化硅材料。
最新的研究表明［１］，經(jīng)過對(duì)試樣的顯微結(jié)構(gòu)分析和反應(yīng)熱力學(xué)分析，該材料中的ｓｉ３ｎ４ 是以纖維狀和柱狀兩種形態(tài)存在，認(rèn)為ｓｉ的氮化是由于 ｎ２ 達(dá)不到１００％的純凈，其中有少量 ｏ２ 存在，裝窯過程是在日常環(huán)境下進(jìn)行，然后再抽真空并注入 ｎ２ 置換，爐內(nèi)呈微正壓狀態(tài)。由于窯爐難以做到完全的封閉，所以在窯爐升溫過程中ｓｉ首先被氧化成為ｓｉｏ，降低了體系中的氧分壓，當(dāng)氧分壓足夠低時(shí)，ｓｉ與 ｎ２ 直接形成柱狀ｓｉ３ｎ４，氣態(tài)ｓｉｏ亦可與 ｎ２ 反應(yīng)生成ｓｉ３ｎ４，這是一個(gè)氣－氣反應(yīng)，故生成的ｓｉ３ｎ４ 為纖維狀。氮化反應(yīng)前ｓｉｏ 主要分布于材料孔隙和表面，因此生成的ｓｉ３ｎ４ 分布不均勻，導(dǎo)致了氮化硅結(jié)合碳化硅材料制品從表面到內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不均勻。
氮化反應(yīng)的熱力學(xué)方程式為：
３試驗(yàn)結(jié)果分析
在氮化硅材料氮化燒結(jié)環(huán)境下，最新的研究認(rèn)為在燒成反應(yīng)中存在著間接反應(yīng)和直接反應(yīng)。在反應(yīng)中，作為反應(yīng)的參與者， 的分壓起著極為重要的作用，但不論氮分壓的大小如何，只要生產(chǎn)ｓｉ３ｎ４，那么在坯體內(nèi)就存在著的濃度梯度和生成的濃度梯度，而且這種濃度梯度的方向是相同的，越是接近坯體表面其兩個(gè)組分的濃度越高。要想反應(yīng)不斷向坯體內(nèi)部推進(jìn)就必須確保合適的氮分壓和反應(yīng)溫度。
在純ｓｉ３ｎ４ 的氮化燒結(jié)中，通常會(huì)發(fā)生 “流硅 ”反應(yīng)而使氮化反應(yīng)受到影響，這是因?yàn)榈磻?yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，為使反應(yīng)完全又將 粉的粒徑控制在很小范圍內(nèi)，這樣在氮化過程中若控制不當(dāng)時(shí)，供給熱量和生成熱量疊加而使溫度達(dá)到了硅的熔點(diǎn)使 粉熔化而產(chǎn)生所謂的“流硅”現(xiàn)象。在氮化硅結(jié)合碳化硅的氮化燒結(jié)中，粉的濃度含量相對(duì)較低，而濃度較高的ｓｉｃ又有著較大的導(dǎo)熱率從而抑制了“流硅”現(xiàn)象的發(fā)生。
從表１和圖１可以看出，氮化硅結(jié)合碳化硅制品氮化燒結(jié)的主要影響因素是氮化反應(yīng)的時(shí)間，而兩級(jí)保溫之間的溫度大小和氮化燒結(jié)最終溫度的高低使這兩個(gè)因子對(duì)試樣增重率的影響相對(duì)較大。以上正交試驗(yàn)結(jié)果的分析，我們可以歸納出在氮化硅結(jié)合碳化硅材料的氮化燒結(jié)過程中：
）適當(dāng)提高反應(yīng)起始溫度，加速初始氮化反應(yīng)，不會(huì)造成“流硅”現(xiàn)象。
）在反應(yīng)中溫區(qū)，可適當(dāng)加大兩級(jí)保溫之間的溫差，加速中溫區(qū)的反應(yīng)速率。
）最高燒成溫度可在較大的范圍內(nèi)波動(dòng)，不像液相燒結(jié)陶瓷制品時(shí)那么嚴(yán)格。因此可采用較高的氮化
溫度加速高溫氮化反應(yīng)。
）影響氮化燒結(jié)過程的主要因素是反應(yīng)的保溫時(shí)間，它是各級(jí)保溫時(shí)間的總和，該時(shí)間與坯體壁厚尺寸關(guān)系最大。坯體壁較厚時(shí)，所需保溫時(shí)間長(zhǎng)，反之坯體壁較薄時(shí)，所需保溫時(shí)間短。 