中国粉体网讯 氮化硅（Si3N4）是氮和硅的化合物。在自然界里，氮、硅都是极其普通的元素，在我们生活的世界上无所不在，然而，至今人们还未发现自然界里存在这两种元素的化合物。目前存在的氮化硅均是在人工条件下合成。
氮化硅陶瓷是由无机粉体烧结制备而来的，其研究过程十分艰难。早在140多年前人们就直接合成了氮化硅，但直到七十年代中期才真正制得了高质量、低成本，有广泛重要用途的氮化硅陶瓷制品。在氮化硅陶瓷的制备中，氮化硅陶瓷粉体的制备、烧结以及陶瓷体的增韧增强是氮化硅陶瓷制备过程中关键的技术要点。
氮化硅粉体的制备
由于制备工艺不同，各类型氮化硅陶瓷具有不同的微观结构（如孔隙度和孔隙形貌、晶粒形貌、晶间形貌以及晶间第二相含量等）。因而各项性能差别很大 。要得到性能优良的氮化硅陶瓷材料，首先应制备高质量的氮化硅粉末。用不同方法制备的氮化硅粉质量不完全相同，这就导致了其在用途上的差异。
氮化硅的很多性能都归结于它的结构。氮化硅的晶体结构有α、β和γ 3种晶体结构。α相在高温下会发生相变，这种相变是不可逆的，有利于烧结。因此，高质量的氮化硅粉体应具有α相含量高，组成均匀，杂质少且在陶瓷中分布均匀，粒径小且粒度分布窄及分散性好等特性。好的氮化硅粉中α相至少应占90%，这是由于氮化硅在烧结过程中，部分α相会转变成β相，而没有足够的α相含量，就会降低陶瓷材料强度的原因。
α相结构 β相结构 γ相结构
氮化硅陶瓷的烧结
氮化硅陶瓷的烧结技术发展很快，其扩散系数、致密化所必须的体积扩散及晶界扩散速度、烧结驱动力很小，这决定了纯氮化硅不能靠常规固相烧结达到致密化。目前氮化硅陶瓷烧结工艺方法主要有：常压烧结、反应烧结 、热压烧结、气压烧结等。其中反应烧结是工业化生产中最早使用的制造氮化硅陶瓷的方法。热压烧结和常压烧结等需要添加烧结助剂，不同烧结助剂对烧结氮化硅陶瓷作用效果也各不相同。先进陶瓷的烧结方法包括不同烧结方式烧结的氮化硅陶瓷产品性能不同，因此根据不同的产品需求可选择不同的烧结方法和烧结助剂。
烧结方法及特点
烧结助剂及作用效果
氮化硅陶瓷增韧补强
氮化硅陶瓷本身固有的脆性限制了它的应用，因此改善其韧性、提高其可靠性一直是氮化硅陶瓷研究的一个重要方向。目前氮化硅陶瓷增韧的途径有很多，主要有颗粒弥散增韧、晶须或纤维增韧、ZrO2的相变增韧、利用柱状β-Si3N4晶粒的自增韧和层状结构复合增韧等。
颗粒弥散增韧是在氮化硅陶瓷中加入一定粒度的、具有高弹性模量的颗粒；目前，在氮化硅中引入SiC是最为常见的方法；利用柱状β-Si3N4晶粒的自增韧是指通过合理选择成分及工艺，使氮化硅陶瓷在烧结中培育出柱状的β-Si3N4晶粒，这种技术已日益受到人们的重视，正成为提高氮化硅陶瓷断裂韧性的新途径。（粉体网编辑整理/橙子）
