隨著新技術(shù)革命的發(fā)展，許多新材料逐漸向高強度、高硬度、耐腐蝕、耐磨和耐高溫的方向發(fā)展，雖然應(yīng)用優(yōu)勢明顯，但同時也帶來了加工難的問題。

比如說氮化硅陶瓷，它是一種用硅粉作原料，經(jīng)球磨、氮化后，再摻以少量的助燒結(jié)劑熱壓燒結(jié)成型的特種陶瓷材料，具有高的硬度、強度，良好的斷裂韌性、抗高溫氧化性和抗熱震性，因此在在冶金、航空航天、化工等領(lǐng)域頗受青睞，可用作轉(zhuǎn)子、活塞桿、滾珠軸承、電子件保護膜、密封件等。

氮化硅陶瓷軸承

有句話叫人無完人，氮化硅陶瓷也是如此，雖然性能方面它似乎已經(jīng)很完美了，但是“難加工”依舊是它很難回避的一個難題。目前市面上主要采用金剛石對氮化硅陶瓷材料進行加工，不僅加工效率和精度低、成本高，而且難以加工復(fù)雜的微型化零部件。

如此一來，尋找一種更為合適的加工方式對于氮化硅陶瓷的發(fā)展確實具有重要的意義。比如說近年來就有一種很被看好的新型加工方式——“放電加工”。這是一種利用電能轉(zhuǎn)換成工件熱能，使工件急速融熔的一種熱性加工方法，其加工過程可無視材料的強度、硬度、脆性等力學(xué)性能，因此是導(dǎo)電難加工材料的理想工藝選擇。

放電加工原理示意圖

然而，作為一種共價鍵結(jié)合的化合物，氮化物陶瓷本身的導(dǎo)電性是比較差的。雖然在大多數(shù)時候，這樣的“缺點”是無傷大雅的，不過在放電加工的場合，差勁的導(dǎo)電性能卻足以讓它say byebye.

因此為了提高氮化硅材料的導(dǎo)電性，科學(xué)家提出可通過在氮化硅基體中添加導(dǎo)電粒子，制備出導(dǎo)電氮化硅復(fù)合陶瓷材料。如此一來便可以進行放電加工，從而提高了氮化硅材料的加工性能。

備注：在放電加工時，液體在電極與工件極細微的間隙中，產(chǎn)生過渡電弧放電現(xiàn)象，進而對工件產(chǎn)生熱作用，同時在加工中，液體由于受到放電壓力及熱作用產(chǎn)生氣化爆發(fā)現(xiàn)象，此時工件融熔的部份，將隨液體氣化現(xiàn)象熔入加工液體中，工件因放電的作用產(chǎn)生放電痕，這個動作反覆進行，即可得到需要的規(guī)格及形狀。

增強氮化硅陶瓷導(dǎo)電性的方式

針對氮化硅基陶瓷刀具導(dǎo)電性差，難以加工的特點，目前主要通過添加合適的導(dǎo)電材料來降低其電阻率，使之可用于放電加工，解決加工困難的問題。但需要注意的是，在此基礎(chǔ)上還需要根據(jù)現(xiàn)有的復(fù)合陶瓷刀具材料設(shè)計原則，增韌補強機理、燒結(jié)機理，選擇合適的添加相、燒結(jié)助劑和燒結(jié)工藝，才能制備出高性能導(dǎo)電氮化硅復(fù)合陶瓷材料。

根據(jù)張晶偉的研究，TiC顆粒、TiC晶須和TiN顆粒都可提高材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性，但TiN顆粒在提高材料力學(xué)性能和導(dǎo)電性方面所起作用有限。而TiC顆粒和TiC晶須在提高材料力學(xué)性能和導(dǎo)電性方面所起作用明顯，且在添加量為30vol%時，所制備的Si₃N₄-TiC（顆粒）和Si₃N₄-TiC（晶須）復(fù)合陶瓷刀具材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能和導(dǎo)電性。

雖然目前這方面的研究還存在許多不足，但在氮化硅陶瓷受到重視的當(dāng)下，不可否認(rèn)確實是一個有前景的方向。如果您有這方面的高見，也歡迎在評論區(qū)留言交流哦！

資料來源：

高性能導(dǎo)電氮化硅基陶瓷刀具材料研究，張晶偉。

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