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Si3N4【环氧板】复合材料

环氧板有两种晶型,β SiNa是针状结构,a SisN4是颗粒状结构。两者都属于六方晶系,都是由[SisN44四面体公用顶角构成的三维空间网络。β相是由几乎完全对称的6个[SiN4Jf组成的六方环层在c轴方向重叠而成。而a相是由两层不同,且有形变的非六方环层重叠而成。a相结构的内部应变比β相大,故自由能比β相高。在1400~ 1600C加热,ar Si3N4会转变为β Si3N4,但并不是说a相是低温型的,β相是高温型的。因为:①在低温相变合成的Si3N4中,a相和β相可同时存在;②通过气相反应,在1350~1450C可直接制备出β相,看来β相不是从a相直接转变而来的。a相转变为β相是重建式转变,环氧板除了两种结构有对称性高低的差别外,并没有高低温之分。只不过a相对称性较低,容易形成,β相是热力学稳定的。
注意:两种晶型的晶格常数a相差不大,而在c相上,a相是β相的两倍。两个相的密度几乎相等,相变中没有体积变化。a相的热膨胀系数为3.0x10%/C,而β相的热膨胀系数为3.6x10 brC。

环氧板的制备方法主要有以下4种。
(1)硅粉直接氮化。硅粉直接氮化由硅粉放在氮气或氨气中加热到1200~1450C,发生反应,生成SisN4粉。
(2)二氧化硅还原氮化。该法是将硅石与碳混合物在氮气中加热到高温发生反应:3S:O2+6C+2N2-Si3N4+6CO↑,从而形成Si3N4粉。
(3)亚胺和胺化物热分解法。此法又叫SiCl4液相法。SiCl4 在0C干燥的乙烷中与过量的无水氨气反应,生成亚氨基硅[Si(NH)2小、氨基硅[Si(NH)4]和NH4Cl。 真空加热,除去NH4Cl,再在高温惰性气氛加热分解可获得SiN4粉。
(4)化学气相沉积法是将SiCl4 或SiH4与NH在约1400C的高温发生气相反应可形成高纯的SizN4粉。其反应为3SiCl4+16NH3-SiN4+12NH4Cl和3SiH4+4NH3=Si3N4+ 12H2。SizN4

环氧板常用的烧结方式有以下3种。
(1)反应烧结。将硅粉以适当方式成型后,在高温炉中同氮气进行氮化: 3Si+2N2=SijN4,反应温度为1350C左右。为了精确控制试样的尺寸,还常把反应烧结后的制品在一.定氮气压力下于较高温度下再次烧成,使之进一步致密化,这就是所谓的RBSN的重烧结或重结晶。(2)热压烧结。热压烧结是用a-Si3N4含量高于90%的SiN4细粉,加入适量的烧结助剂(如MgO、Al2O3 等)在高温(约1600~ 1700°C)和压力下烧结而成。(3)常压烧结。SizN4陶瓷热等静压烧结也是可行的,由于其压力比热压高,其烧结温度一般要低200~300°C。

高纯Si3Na要固相烧结是极其困难的,加入烧结助剂使其在烧结过程中出现液相,对于常压烧结是必需的。为保证Si3N4陶瓷的正常烧结,常压烧结时,SizN4 粉要细,a SisN4 含量要高。有效的烧结助剂有MgO、Y2O3、 CeO2、ZrO2、 BeO、 Al2O3、 Se2O3、 La2O3 和SiO2等。近年来研究较多的体系是在常压烧结中固溶相当数量的Al2O3形成SizN4固溶体即所谓的Sialon陶瓷。这种材料可添加烧结助剂常压或热压烧结,还可与其他
环氧板形成复合材料。

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