「タフさ」が向上しました！窒化ケイ素セラミックスを強化するための 8 つのヒント- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

重要な構造用セラミック材料としてのシ ₃ N ₄ セラミックスは優れた機械的性質と耐熱衝撃性（空気中で1000℃以上に加熱しても急冷、急加熱しても割れない）を持っています。現在、優れた総合性能を備えていると考えられており、冶金、航空宇宙、エネルギー、機械、軍事産業、光学、ガラス産業などの分野で広く使用されています。

「セラミックスの共通の問題」 - 高い脆性による制限

Si ₃ N ₄ 高い原子結合強度と優れた総合性能を備えた強力な共有結合化合物です。さらに、共有結合の方向性と飽和により、Si には滑り系がほとんどありません。 ₃ N ₄ セラミックは共有結合で構成されており、通常は滑りが発生する前に破壊され、その結果 Si が著しく脆化します。 ₃ N ₄ セラミックス。

しかし、Siは破壊靱性が低いため、 ₃ N ₄ セラミックスと材料内部の局所的な亀裂の影響を受けやすいことが、Si の致命的な欠点となっています。 ₃ N ₄ セラミックは耐用年数と信頼性に重大な影響を与え、その応用範囲を大幅に制限します。

原料粉末は破壊靭性に影響しますか?

Siの準備工程から ₃ N ₄ セラミックスは主に粉末を原料として使用し、プレスおよび焼結後に緻密なセラミック体が得られます。したがって、Si の特性は、 ₃ N ₄ 粉末は焼結プロセスと性能において重要な役割を果たします。シ ₃ N ₄ 粉末には主に 2 種類があります: α-Si ₃ N ₄ 相とβ-Si ₃ N ₄ 粉末中のβ相含有量が 30vol.% を超えると、焼結溶解および再析出段階で駆動力が低下し、窒化ケイ素セラミックスの緻密化プロセスが阻害されます。また、セラミックの微細構造は主に微細な等軸結晶で構成されており、高い破壊靱性を得るには適していません。

α-Siを使用する ₃ N ₄ 初期粉末は高強度で靭性の高いSiの調製に適しているため ₃ N ₄ α-Siだからセラミックス ₃ N ₄ β-Si は液相焼結時の溶解析出反応により形成されます。 ₃ N ₄ 、その後の結晶粒粗大化段階では、β-Si の異方性成長が起こります。 ₃ N ₄ 自己強化微細構造を形成し、Si の密度と靭性を向上させることができます。 ₃ N ₄ セラミックス。

酸素含有量に関して言えば、粉末の酸素含有量が減少するにつれて靱性は増加します。これは、表面酸素含有量が低い粉末を使用すると、焼結中に生成される液相が少なくなり、その結果、核生成サイトと核が少なくなり、結晶形が半軸状から軸状に変化するためです。 β-Si ₃ N ₄ 長いロッドの形状をしており、アスペクト比が高く、破壊靱性が高くなります。

さらに、シ ₃ N ₄ 炭素含有量の高い粉末は、窒化ケイ素の緻密化プロセスを阻害します。炭素は二酸化ケイ素（SiO）と反応するため、 ₂ ）Si表面上 ₃ N ₄ 粉末を使用すると CO と SiO が生成され、液相の形成が阻害され、Si の緻密化プロセスが促進されません。 ₃ N ₄ .

したがって、Si中のα相含有量、酸素含有量、炭素含有量は、 ₃ N ₄ セラミック原料粉末はすべてSiの破壊靱性に影響を与えます ₃ N ₄ 焼結体。高い破壊靱性Siを得るために高いαを選択するための重要な要素 ₃ N ₄ セラミックスは物理相であり、低酸素、低炭素含有量、適切な比表面積を備えたSiです。 ₃ N ₄ 粉末.