要想獲得高體積密度、高強(qiáng)度、低顯氣孔率的石英陶瓷制品，即摻入加入物的方法可得以實(shí)現(xiàn)。己有文獻(xiàn)[1，2]報(bào)導(dǎo)，添加NPS復(fù)合劑、硼酸、磷酸，可使石英陶瓷的性能（密度、強(qiáng)度、顯氣孔率）得到改善。雖然探討加入物對(duì)石英陶瓷性能影響的研究工作對(duì)提高石英陶瓷性能的探索具有重要意義，但這方面的研究工作開展得不太廣泛，相關(guān)文獻(xiàn)甚少。迄今為止，尚無人研究過氮化硅加入物對(duì)石英陶瓷性能的影響，為此，我們以其作為研究課題，討論氮化硅對(duì)石英陶瓷的燒結(jié)、析晶及其性能的影響。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1 原料
熔融石英粉（S102>99.75），氮化硅（UBE），乳酸（A.R)
2.2 試樣制備
制粉：將塊狀熔融石英破碎后，過29目篩得石英粉待用。
制漿：在以瑪瑙球?yàn)檠心ンw的塑料球磨罐中加入原料進(jìn)行球磨制漿。其中，粉料是含有氮化硅0.5~1.5%的石英粉，球:料:水:乳酸＝1:2.0:0.16:0.01。制漿時(shí)，粉料分二次加入，第一次加入70%，第二次加剩余的30%,而水與乳酸是第一次加入的。球磨制度是第一批料球磨24小時(shí)后，再加入第二批料后球磨2小時(shí)制得泥漿。
成形：將己制好的泥漿注入內(nèi)側(cè)涂有石墨粉脫模劑的石青模中，注漿成形，待干后，脫模待燒。
燒制：在馬弗爐中，以每小時(shí)350℃一400℃的升溫速度達(dá)到所需溫度后，保溫2小時(shí)，隨爐冷卻。
2.3 性能測試
用非標(biāo)準(zhǔn)試樣測試其體積密度。常溫耐壓強(qiáng)度、顯氣孔率，并選擇性地對(duì)部分試樣作P射線衍射分析。
3 結(jié)果分析
將石英陶瓷按試樣制備條件燒成，其燒結(jié)結(jié)果如表所示。取部分試樣作卜射線衍射檢測，其結(jié)果如圖所示。
3.1 氮化硅對(duì)石英陶瓷燒結(jié)溫度的影響
由表結(jié)果看出，石英陶瓷在1100℃～1200℃的燒成溫度范圍內(nèi)，未添加氮化硅的試樣（SM一00）和添加氮化硅的試樣（SN一05石NI0、SNI5）兩者的耐壓強(qiáng)度、體積密度。顯氣孔率數(shù)值發(fā)生顯著變化的溫度值均為1150℃，這表明它們產(chǎn)生燒結(jié)的溫度都是1150℃，可以得出這樣的結(jié)論：氮化硅的加入并不影響石英陶瓷的燒結(jié)溫度；氮化硅的添加量(0.5%~1.5%）對(duì)燒結(jié)溫度也不產(chǎn)生影響。燒結(jié)試樣的檢測結(jié)果
樣號(hào) 1100℃ 1150℃ 1200℃
耐壓強(qiáng)度
(Mpa) 體積密度
(g/cm3) 顯氣孔率
(%) 耐壓強(qiáng)度
(Mpa) 體積密度
(g/cm3) 顯氣孔率
(%) 耐壓強(qiáng)度
(Mpa) 體積密度
(g/cm3) 顯氣孔率
(%)
SN-00 4.31 1.75 22.8 24.34 1.85 17.4 28.62 1.86 16.8
SN-05 4.35 1.76 25.2 68.72 1.93 9.4 73.33 1.94 8.2
SN-10 4.30 1.76 26.1 74.31 1.95 7.7 79.42 1.96 6.4
SN-15 4.42 1.77 24.3 88.60 1.98 3.5 94.75 1.99 2.1
3.2 氮化硅對(duì)石英陶瓷性能的影響
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，氮化硅的加入，對(duì)石英陶瓷性能的影響極大。在1150℃～1200℃的燒成溫度范圍內(nèi)，添加0.5～1.5％的氮化硅，試樣的體積密度顯著增大，耐壓強(qiáng)度大幅度提高，顯氣孔率明顯降低。由此得出結(jié)論：氮化硅的加入，可促進(jìn)燒結(jié)，提高石英陶瓷的強(qiáng)度，增加體積密度，降低顯氣孔率，使制品致密化�？梢哉J(rèn)為，添加氮化硅的試樣在燒結(jié)過程中，氮化硅氧化為非晶質(zhì)二氧化硅，這種非晶質(zhì)二氧化硅傾向粘性流動(dòng)，可促進(jìn)二氧化硅的燒結(jié)[3]，對(duì)性能有極大改善。
另外，氮化硅的添加量和燒成溫度對(duì)石英陶瓷性能的影響也呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律。在燒成溫度確定的條件下，石英陶瓷耐壓強(qiáng)度。體積密度隨氮化硅添加量的增加而增大，而其顯氣孔率則隨氮化硅添加量的增加而降低；當(dāng)?shù)杼砑恿恳欢〞r(shí)，燒成溫度提高，石英陶瓷的耐壓強(qiáng)度和體積密度增大，而其顯氣孔率降低。
3.3 氮化硅對(duì)石英陶瓷析晶的影響
文獻(xiàn)[4]報(bào)導(dǎo)，方石英化的溫度為1050℃，雖然實(shí)際的方石英化溫度有些出入，但它可作為參考。選擇燒成溫度時(shí)應(yīng)該非常謹(jǐn)慎，如果在石英陶瓷的燒制過程中發(fā)生了石英玻璃的方石英化，那么相變的體積變化將導(dǎo)致陶瓷結(jié)構(gòu)開裂、松散和熱穩(wěn)定性下降等，因此本實(shí)驗(yàn)選擇燒成最高溫度為1200℃。
如圖給出了1200℃溫度條件下不同氮化硅添加量的石英陶瓷試樣的卜射線衍射結(jié)果，結(jié)果表明：氮化硅的加入并未引起石英陶瓷的析晶。
由文獻(xiàn)[4]可知，石英玻璃對(duì)加人物極為敏感，幾乎所有的雜質(zhì)都是促進(jìn)玻璃相轉(zhuǎn)化為方石英的礦化劑。而本實(shí)驗(yàn)所摻入的氮化硅未導(dǎo)致石英玻璃的析晶，其原因可能是氮化硅被氧化所產(chǎn)生的粘性流動(dòng)態(tài)非晶質(zhì)二氧化硅促進(jìn)了石英陶瓷的燒結(jié)，在整個(gè)燒結(jié)過程中，由于無外界致因產(chǎn)生斷鍵重要建式相變，故不發(fā)生方石英化。
4 結(jié)論
通過實(shí)驗(yàn)，可以得出這樣的結(jié)論：氮化硅對(duì)石英陶瓷的燒結(jié)晶溫度無影響，而對(duì)石英陶瓷的燒結(jié)有促進(jìn)作用。在1150℃~1200℃范圍內(nèi)，石英陶瓷的強(qiáng)度、體積密度隨氮化硅添加量的增大和燒結(jié)溫度的提高而增大，而石英陶瓷的顯氣孔率則隨添加量的增大和燒結(jié)溫度的提高而減小。
