Получение нитридной инструментальной керамики

19-03-2024

Процесс формования структуры нитрида кремния с оксидными добавками. Впервые плотный поликристаллический нитрид кремния был получен методом горячего прессования. Из-за низкой диффузионной подвижности атомов и высокого сопротивления движению дислокаций в кристаллической решетке Si3N4 получение плотного материала из чистого нитрида кремния при нормальном газовом давлении не может быть достигнуто вплоть до температуры его термического разложения. Поэтому уплотнение достигается в присутствии специальных активирующих добавок. До настоящего времени исследовано большое число оксидных и оксидно-нитридных добавок. Наиболее активной добавкой, позволяющей достичь полного уплотнения при минимальном ее количестве в условиях нормально достижимых температур и давлений горячего прессования (1550—1750 С; 20— 50 МПа), является оксид магния.

Активирующее влияние добавок заключается в образовании жидкой фазы при нагреве смеси порошка нитрида с активатором за счет взаимодействия вводимого оксида и Si02, присутствующего в виде пленки на поверхности частиц Si3N4 12, 80]. Если жидкая фаза образуется в достаточном количестве и способна смачивать и растворять нитрид, тогда уплотнение порошкового тела происходит в соответствии с механизмом жидкофазного спекания, который можно условно разделить на три стадии: перераспределение твердых частиц, растворение — диффузия в жидкости — осаждение, коалесценция.

Как правило, молярная доля оксида кремния, необходимого для реакции с добавками, составляет в порошках нитрида технической чистоты 0,6—6 %. Источником кислорода может быть также оксинитрид кремния Si2ON2 или примеси оксидов, способные снижать температуру появления жидкой фазы. Если жидкая фаза присутствует в спекаемом теле в достаточном количестве и ее вязкость при данной температуре невысокая, для сближения частиц достаточны капиллярные силы. В противном случае активное прохождение процесса требует приложения Внешней нагрузки.