腐蝕模板法獲取高長徑比β-Si3N4晶種的工藝參數研究

袁 帥，鄭 彧，李滌寒，童亞琦，張 躍

(1.北京中材人工晶體研究院有限公司,北京 100018；2.北京航空航天大學材料科學與工程學院，北京 100191； 3.上海航天控制技術研究所,上海 201109)

0 引 言

氮化硅(Si3N4)陶瓷具有高強度、高韌性、耐熱沖擊、耐磨損和耐腐蝕等優良性能，是公認的綜合性能最佳的結構陶瓷材料[1]，在航空航天、風力發電、精密制造等領域中已有廣泛應用[2-3]。然而氮化硅作為強共價鍵化合物，燒結難度大，導致其生產成本較高，影響其應用。有研究表明，加入一定量的β-Si3N4晶種[4]在熱力學上能有效促進氮化硅的燒結，同時對陶瓷產生自增韌[5-7]的作用。在一些特定的氮化硅成型工藝中[8-10]，對晶種的表面性能、分布方式等進行調控，能夠對材料性能產生不同的影響。如流延工藝中，加入β-Si3N4晶種可構造出材料組織內部的定向模板[11]，形成組織織構化[12]，能夠改善氮化硅陶瓷的力學及物理性能[13-16]。

然而目前β-Si3N4晶種市場還不成熟，很難購買，且市面上的β-Si3N4晶種的長徑比，即長軸與短軸之比基本都難以達到5以上，晶種的各向異性較弱。而β-Si3N4晶種各向異性的強弱影響著晶種在材料中的分布與生長狀況，關系著成品的性能。且β相含量等關鍵性能難以滿足使用要求。針對以上問題，本研究選擇以自制超薄氮化硅薄片作為腐蝕模板，制備β-Si3N4晶種，氮化硅薄片本身氮化硅晶粒發育好，且腐蝕效率高。對腐蝕介質、時間等關鍵因素進行了研究，并采取了后續剝離處理，增加了晶種產量，獲得了高長徑比、分散性良好的β-Si3N4晶種。……