氮化硅是經(jīng)過(guò)多年深入研究而發(fā)展起來(lái)的綜合性能優(yōu)異的結構陶瓷。它具有高抗彎強度、高斷裂韌性、良好的蠕變性、高硬度和優(yōu)異的耐磨性。這些性能是由于氮化硅陶瓷制備過(guò)程中科學(xué)而嚴格的制備工藝，高長(cháng)徑比的晶粒和性能優(yōu)異的晶間玻璃相導致的。同時(shí)，晶間玻璃相在高溫下軟化，控制了陶瓷的蠕變速率。優(yōu)異的綜合性能使得氮化硅陶瓷有著(zhù)廣泛的商業(yè)化應用。 

最早出現的反應燒結氮化硅（RBSN）充分利用了氮化硅陶瓷的耐高溫和抗侵蝕性能，主要用來(lái)制備熱電偶保護管、熔煉金屬的坩堝和火箭的噴嘴等，是作為一種新型耐火材料而產(chǎn)生的。 考慮到氮化硅強共價(jià)鍵的存在，可以通過(guò)引入燒結助劑和提高溫度來(lái)降低氣孔率以實(shí)現強度的提高，由此產(chǎn)生了液相燒結為手段的無(wú)壓燒結。氮化硅的液相燒結可分為兩個(gè)過(guò)程：顆粒重排和溶解—沉淀。在現有體系中，重排對致密化的貢獻約為 10 %，其余高達 17 %是溶解—沉淀造成的。無(wú)壓燒結氮化硅陶瓷利用氮化硅陶瓷

耐磨、耐熱和耐腐蝕等性能，大量應用于制備密封環(huán)、冶金工業(yè)中的輥環(huán)、承載融熔金屬的器皿、溜槽等。 

Krstic 等以 Y2O3/Al2O3 為燒結助劑，在1700 ℃—1820 ℃，N2 氣氛下，研究了無(wú)壓燒結氮化硅陶瓷的相關(guān)性能和微觀(guān)結構。當 Y2O3/Al2O3比為 2.33 時(shí)，晶粒平均長(cháng)徑比高為 4.92，斷裂韌性為 7 MPam1/2，強度為 800 MPa。細長(cháng)晶粒的長(cháng)徑比是控制燒結氮化硅陶瓷力學(xué)性能的微觀(guān)結構。 

氣壓燒結氮化硅陶瓷相較其他工藝制備出的氮化硅用途更加廣泛一點(diǎn)。除了已述的熱電偶保護管、熔煉金屬坩堝、火箭噴嘴、陶瓷刀具、軸承球、密封環(huán)、冶金工業(yè)中的輥環(huán)和承載融熔金屬器皿等，其在陶瓷渦輪發(fā)動(dòng)機部件中的應用比較廣泛。例如：發(fā)動(dòng)機中的渦流室鋃塊、挺柱、搖臂鋃塊、電熱塞、渦輪增壓器轉子及氣門(mén)等,燃氣輪機中的高溫高應力部件。例如：定葉片、動(dòng)葉片、蝸殼等，如圖 2 所示。

Tani 等利用 GPS 方法制備 Y-Al 系自增韌Si3N4，其抗彎強度為 550 MPa—900 MPa，斷裂韌性為 8 MPa·m1/2—11MPa·m1/2。Huang 等在 1 MPa 氮氣壓力下，研究了不同摩爾比例的 Si3N4- AlN-Y2O3 體系液相形成溫度，為后續氣壓燒結制備氮化硅陶瓷過(guò)程中溫度調控提供了重要的溫度理論基礎。Kolitsch 等人對 Y2O3-Al2O3-SiO2 系統 的 相 轉 變 關(guān) 系 和 物 相 組 成 進(jìn) 行 了 研 究 ， 為Y2O3-Al2O3-SiO2 系氮化硅燒結過(guò)程中相平衡溫度建立了可靠的數據。李文蘭等人以 YAG 為添加劑研究了不同氮氣壓力對氮化硅制品的密度、強度等的影響，發(fā)現在 1900 ℃保溫 3 h，氮氣壓力為 3 MPa 時(shí)，制得樣品致密度最大。 

以少量燒結助劑的熱壓燒結工藝是為了促進(jìn)氮化硅陶瓷進(jìn)一步致密化。熱壓燒結法制備出氮化硅具有較高的硬度、強度和韌性，常用來(lái)生產(chǎn)陶瓷刀具。陶瓷刀具材料是很有前景的高速切削刀具材料，在生產(chǎn)中有廣泛的應用。氮化硅具有非常高的耐磨性，它比硬質(zhì)合金具有好的化學(xué)穩定性，可在高速條件下長(cháng)時(shí)間切削加工。 

Pyzik 等利用熱壓的方法制備 Y-Mg-Ca 系自韌 Si3N4，其室溫抗彎強度高約為 925MPa，斷裂韌性為 9 MPa·m1/2—14 MPa·m1/2。在 1000 ℃下抗折強度低在 550MPa 以上，斷裂韌性為 7 MPa·m1/2— 12 MPa·m1/2。當溫度為 1300 ℃時(shí)，抗折強度最

低為 300 MPa，一些較優(yōu)異樣品達到 400 MPa— 500 MPa。羅學(xué)濤[49]利用氣壓燒結法制備 β-Si3N4晶種，加上熱壓方法制備 Y-Al 系 Si3N4 陶瓷，樣品抗彎強度高達 887 MPa—1004 MPa，斷裂韌性為 8.43 MPa·m1/2— 11.2 MPa·m1/2。少量晶種的引入有助于強度和韌性的提高，但加入量過(guò)多會(huì )造成力學(xué)性能下降。 

雖然熱等靜壓燒結在氣壓燒結法之前已經(jīng)發(fā)明并投入運用。但是，由于設備昂貴，生產(chǎn)工藝復雜和技術(shù)要求極高。目前主要用于制備高檔氮化硅軸承球等產(chǎn)品，尚沒(méi)有無(wú)壓燒結和氣壓燒結等工藝應用廣泛。由于熱等靜壓燒結氮化硅致密程度很高，耐磨損和抗壓性能極其優(yōu)異，在一些對產(chǎn)品性能要求較高的領(lǐng)域，熱等靜壓燒結氮化硅陶瓷仍然具有大量的應用前景。一種應用在紅外探測器上的微型軸承就是運用該燒結方法制備的，如圖 3 所示。 

至于微波燒結和放電等離子體燒結制備氮化硅陶瓷等方法，則是最近幾年發(fā)展起來(lái)的。目前處于實(shí)驗室研究階段，尚無(wú)大規模的商業(yè)化應用