產總研開發出緻密質氮化矽陶瓷的製作技術

刊登日期:2010/5/19
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日本產業技術綜合研究所利用高速反應燒結法,開發出緻密質陶瓷的製作技術。藉由添加二氧化鋯,可使用比氮化矽粉末還要便宜的矽原料,在氮氣中以高速反應燒結而成。相較於以往的方法,反應燒結時的升溫速度最高可提高至80倍,生產成本也可大幅降低。另外,藉著高速反應所得到的反應燒結體,經由二次燒結所得到緻密化成品,其強度也與以往製作方法的氮化矽陶瓷相同。

氮化矽係屬非氧化物系陶瓷,在陶瓷中具有優良的機械物性。使用先前以氮化矽為原料的方法,除了原料成本很高以外,所使用的器材價格也相當昂貴。另一方面,使用反應燒結法可以矽為原料,不過燒結時非常耗時,無法凸顯材料低價格化的成果。產總研所開發出的新技術,係結合高速反應燒結法及二段燒結法,同樣使用矽為原料,可燒結出與使用氮化矽為原料的成品,實現低成本化的目標。所謂反應燒結法,即在氮氣下將矽氮化,取得多孔質燒結體的作法。用該方法所取得的燒結體幾乎無收縮,可適用於Near-net-shape法,且可以便宜的矽為原料。

產總研為縮短製程時間,於是著眼於鋯材料。通常的反應燒結,氮化的最佳溫度約在1400℃左右,不過急速升溫,會使未氮化的矽出現熔融現象,造成物性劣化,所以每分鐘只能將溫度升高0.15℃。但透過鋯的添加,每分鐘可以升溫12.5℃。成功地將達到最佳溫度的升溫速度提高至80倍。以往以二段燒結法所得到的氮化矽陶瓷,會因為內部所殘留的矽使強度降低,不過使用新技術所得的陶瓷,則可得到與一般品一樣的物性。


資料來源: 化學工業日報/材料世界網編譯
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