陶瓷焊管模具制备技术要点

陶瓷焊管模具制备技术要点

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氮化硅主要由氮化硅组成，耐热冲击性和高温强度。这些特性使其成为汽车发动机和燃气轮机中的理想材料。它可用被应用于涡轮增压器转子、柴油发动机中的发热插头和带电插拔中，还被用于很多其它不同应用中。（欲知详情，请随时联系我公司wx。）
【氮化硅陶瓷特点】
1、氮化硅在高温下具有高强度和断裂韧性。它被用作为汽车发动机、燃气轮机和燃烧室零部件中的高温结构件。
2、氮化硅的热膨胀系数小，同时具有的耐热冲击性。

【氮化硅陶瓷工艺特点】
1、成型工艺
气相成形
利用气相反应生成纳米颗粒,如能使颗粒有效而且致密地沉积到模具表面,累积到一定厚度即成为制品,或者先使用其它方法制成一个具有开口气孔的坯体,再通过气相沉积工艺将气孔填充致密,用这种方法可以制造各种复合材料。由于固相颗粒的生成与成形过程同时进行,因此可以避免一般超细粉料中的团聚问题。在成形过程中不存在排除液相的问题,从而避免了湿法工艺带来的种种弊端。
2、烧结工艺
氮化硅陶瓷材料烧结工艺
致密氮化硅陶瓷材料常用的烧结方式有以下几种：反应烧结、气压烧结、热等静压烧结以及热压烧结，近年来放电等离子烧结、无压烧结等烧结方式也因其具有的不同优势受到学者的关注。

（1）气压烧结
气压烧结时较高的氮气压可使氮化硅的分解温度升高，因此气压烧结氮化硅时一般采用较高的烧结温度，而烧结温度的升高有利于氮化硅晶粒的生长和完善，有利于提高烧结体的热导率。

（2）反应烧结
反应烧结指将原料成型体在一定温度下通过固相，液相和气相相互间发生化学反应，同时进行致密化和规定组分的合成，得到预定的烧结体的过程。在反应烧结过程中液相的存在是非常重要的。反应烧结制备氮化硅陶瓷工艺为：将高纯度硅粉与粘结剂混合后成型，然后放入N2气氛或浸入熔融的硅中，使坯体中的硅或氮气或熔融硅反应来制备氮化硅制品。

（3）无压烧结
无压烧结指在正常压力（0.1MPa）下，将具有一定形状的陶瓷素坯经高温煅烧，物理化学反应制成致密、坚硬、体积稳定，具有一定性能的固结体的过程。为了降低氮化硅材料的成本，运用便宜的低纯度β-氮化硅粉末，通过无压烧结制备了氮化硅陶瓷材料，发现β-氮化硅粉末具有很好的烧结性能，得到由柱状颗粒和小球状颗粒形成的嵌套结构，结构组成比较均匀，没有晶粒的异常生长。

（4）放电等离子烧结
放电等离子烧结具有升温快、加热均匀以及烧结温度等特点，可完成致密烧结体的快速烧结，而这对于高热导率氮化硅烧结制备过程的影响较小，在烧结后依旧需要长时间的高温热处理获得晶粒生长较好的氮化硅陶瓷材料。

（5）重烧结
重烧结是指将反应烧结后的氮化硅坯体在烧结助剂存在的情况下，置于氮化硅粉末中，然后在高温下进行重烧结，从而得到致密的氮化硅制品。烧结助剂可以在硅粉球磨时引入，也可以用浸渍的方法在反应烧结之后引入。因为反应烧结过程可进行预加工，在重烧结过程中的收缩仅有5%-10%，所以此方法可制备性能优良且形状复杂的部件。

氮化硅具有强共价键结构，它的烧结非常困难，同时氮化硅材料即便在高温下，氮和硅的体扩散系数也很小，与此同时在1600℃以上，氮化硅就会明显分解，因此，如何实现高强度且致密氮化硅陶瓷材料的低成本制备技术是当前氮化硅烧结工艺研究的。
3、生产工艺流程
常见氮化硅陶瓷粉料造粒工艺
普通干压造粒和冷等静压造粒都属于加压造粒。加压造粒形成的团粒体积密度大，有利于提高坯体致密度，添加的塑化剂等有机物含量少，后期处理简单；设备和工艺简单；但由于经过破碎机破碎，团粒的形状难以控制，一般很难为理想的球形，且存在噪音和粉尘的问题，对操作人员的健康和生产线环境存在不利影响。
喷雾造粒可实现连续自动化生产，可以提高生产效率，减少粉尘污染。应用喷雾造粒工艺颗粒形状规则，有利于提高素坯的密度及均匀性，进而改善生坯烧结性能。
但喷雾造粒颗粒形貌不易控制，易出现空心、表面凹坑等缺陷。此外喷雾造粒所得的粉料通常需要进行有机物的烧除，确保有机物排除以免影响氮化硅陶瓷的烧结性能，因此制定合理的排胶制度，并控制排胶过程十分重要。
【氮化硅陶瓷实拍图】
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【氮化硅陶瓷制备】
氮化硅制品按工艺可以分为反应烧结制品、热压制品、常压烧结制品、等静压烧结制品和反应重烧制品等。其中，反应烧结是一种常用的生产氮化硅耐火制品的方法。
反应烧结法生产氮化硅制品是将磨细的硅粉（粒度一般小于80μm），用机压或等静压成型，坯体干燥后，在氮气中加热至1350～1400℃，在烧成过程中同时氮化而制得。采用这种生产方法，原料条件和烧成工艺及气氛条件对制品的性能有很大的影响。
硅粉中含有许多杂质，如Fe，Ca，Aì，Ti等。Fe被认为是反应过程中的催化剂。它能促进硅的扩散，但同时，也将造成气孔等缺陷。Fe作为添加剂的主要作用：在反应过程中可作催化剂，促使制品表面生成SiO2氧化膜；形成铁硅熔系，氮溶解在液态FeSi2中，促进β-氮化硅的生成。但铁颗粒过大或含量过高，制品中也会出现气孔等缺陷，降低性能。一般铁的加入量为0～5%。Al，Ca，Ti等杂质，易与硅形成低共熔物。适当的添加量，可以促进烧结，提高制品的性能。
硅粉的粒度越细，比表面积越大，则可降低烧成温度。粒度较细的硅粉与粒度较粗的硅粉相比，制品中含α- 氮化硅的量增高。降低硅粉的粒径，可以降低制品的显微气孔尺寸。适当的粒度配比，可以提高制品密度。
温度对氮化速率影响很大。在970～1000℃氧化反应开始，在1250℃左右反应速率加快。在高温阶段，由于是放热反应，若温度很快超过硅的熔点（1420℃），则易出现流硅，严重的将使硅粉坯体熔融坍塌。所以采用温制度，适当控制升温速率。
热压氮化硅制品是将人工合成氮化硅粉及适量助烧结剂（MgO，Al2O3等）混合均匀后，置于石墨模具内，在热压炉中按一定升温、升压制度，加热到1600～1800℃，加压到20～40MPa，保温保压一定时间而成的制品。
常压烧结氮化硅将人工合成的氮化硅粉与助烧结剂混合均匀后成型、干燥，在常压氮气氛中以1700～1800℃烧结而成的制品。
等静压烧结氮化硅制品是将人工合成的氮化硅粉或生坯置于特制包套内，在热等静压机中，以高压气体为介质，在50～200 MPa和1500～2100℃下，保持0.5～3h而制成，
反应重烧氮化硅制品是将预烧过的氮化硅制品，在1700～1800℃下重烧5～6h而制得的制品。
【氮化硅陶瓷性能】
(1)机械强度高，硬度接近于刚玉，有自润滑性，耐磨。室温抗弯强度可以高达980MPa以上，能与合金钢相比，而且强度可以一直维持到1200℃不下降。  (2)热稳定性好，热膨胀系数小，有良好的导热性能，所以抗热震性很好，从室温到1000℃的热冲击不会开裂。  (3)化学性能稳定，几乎可耐一切无机酸（HF除外）和浓度在30％以下烧碱（NaOH）溶液的腐蚀，也能耐很多有机物质的侵蚀，对多种有色金属熔融体（特别是铝液）不润湿，能经受强烈的放射辐照。  (4)密度低，比重小，仅是钢的2/5，电绝缘性好。
【氮化硅陶瓷应用及用途】
氮化硅陶瓷在航天领域中的运用：

航空制造是制造业中高新技术集中的领域，属于制造技术，是新材料、新工艺和新技术的。以飞机的涡轮发动机为例，阐述航空制造中氮化硅的应用。
以飞机的涡轮喷气发动机为例，压气机零部件温度在650℃以下，目前主要采用钛合金、铝合金及耐热钢。燃烧室燃烧区温度高达1800-2000℃，引入气流冷却后，燃烧室壁温仍然在900℃以上，常用高温合金（镍基及钴基合金）板材制造，为防止燃气冲刷、热腐蚀和隔热，常喷涂防护层，现采用弥散强化合金无需涂层可制备耐1200℃的燃烧室。

机构陶瓷氮化硅耐热，可在1400℃时仍然有高的强度、刚度（但超过1200℃时力学强度会下降），但比较脆，使用连续纤维增强的增强陶瓷可应用于涡轮部件，特别是小发动机的陶瓷叶片，涡轮外环和空气轴承。此外，氮化硅陶瓷比密度小，密度仅为钢轴承的41%，可有效降低飞机发动机重量，减低油耗。

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