引言
氮化硅陶瓷高温强度及硬度高、蠕变小、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损，在高温结构材料、高速切削工具陶瓷材料、耐磨和耐腐蚀陶瓷材料等方面有很大的应用潜力。由于Si3N4的强共价键和低扩散系数，并且在℃就明显分解，很难烧结致密化。研究发现，金属氧化物MgO、Al2O3和一些稀土氧化物可以与Si3N4粉体表面的SiO2反应形成液相，有效地促进Si3N4陶瓷的烧结致密化。
1、助烧剂对Si3N4陶瓷致密化的影响
图1为不同温度下助烧剂含量对Si3N4陶瓷致密化的影响，保温时间均为60min。℃和℃相比较，相对密度随着烧结温度的增加而增加，这是由于液相量随着烧结温度的增加而增加从而对致密化有利；℃和℃相比较，成分相同的试样相对密度相差不大，当烧结助剂大于8%时，烧结体相对密度随温度的升高还略有减小。在℃时，随着烧结助剂的增加相对密度增加；在℃和℃时，随着烧结助剂的增加相对密度先增加后减小，在℃烧结助剂的含量为8%时，相对密度最高接近98.5%。这是因为Si3N4的致密化机理为液相烧结，即烧结助剂与Si3N4粉体表面的SiO2反应形成液相，烧结温度的提高和烧结助剂的增加都有利于增加液相量，从而有利于致密化，但是只有适当的液相量才能得到较高的相对密度，液相量过多，会形成偏聚、鼓泡、变形等缺陷，反而不利于烧结致密化。助烧剂含量较小时，适当提高烧结温度有利于致密化，随着助烧剂含量增加，过高的温度反而对致密化不利。综合温度和助烧剂对致密化的影响来看，同时为避免Si3N4在高温下的剧烈分解，选择℃作为Si3N4陶瓷的烧结温度是合适的。
2、助烧剂对Si3N4陶瓷抗弯强度和断裂韧性的影响
图2和图3分别为℃时助烧剂对Si3N4陶瓷抗弯强度和断裂韧性影响。可以看出助烧剂对试样抗弯强度和断裂韧性的影响具有类似的规律，随着烧结助剂含量增加，烧结体的抗弯强度和断裂韧性先升高后降低，当添加8%的烧结助剂时试样的抗弯强度和断裂韧性最高，分别为MPa和7.5MPaom1/2。这是因为陶瓷材料的常温性能与相对密度的关系最大，随着相对密度的增加，烧结体的抗弯强度和断裂韧性都增加。
3、助烧剂对Si3N4陶瓷显微组织的影响
利用日本理学D/MAX-RB型X射线衍射仪对烧结试样表面作相分析。图4为试样含8%Y2O3-La2O3的XRD图谱，从图中可以看出在试样在℃经过60min烧结后，烧结试样中只有β-Si3N4和少量的α-Si3N4，没有发现Y2O3和La2O3，在其他试样中也没有发现Y2O3和La2O3，这说明Y2O3和La2O3，在烧结过程中与Si3N4粉末表面的SiO2反应生成了硅酸盐液相，冷却后这些硅酸盐液相则转变成了玻璃相留在烧结体中，玻璃相的存在提高了致密度，有利于提高常温力学性能，但会对烧结体的高温性能带来不利的影响。
用日本TESCANVEGAⅡ型扫描电镜观察试样的断口形貌。图5为℃时8%烧结助剂的试样的扫描电镜照片。在图中可以很清楚地看到试样主要由长径比较大的柱状晶组成，样品致密化程度较高，长柱状晶粒发育良好，有明显的晶粒拔出现象，长柱状晶粒相互间形成了很好的交错和连接，显微结构比较均匀，所以该试样具有良好的抗弯强度和断裂韧性。
4、结论
（1）Y2O3和La2O3组成的复合稀土氧化物可以有效地促进Si3N4的液相烧结，实现常压烧结制备Si3N4陶瓷，在℃下保温1h，相对密度可以达到98.5%。
（2）复合稀土氧化物Y2O3-La2O3为烧结助剂的Si3N4陶瓷，主要由长柱状的β-Si3N4组成，有利于提高烧结体的力学性能，Y2O3和La2O3以玻璃相存在，不利于提高烧结体的高温力学性能。
（3）在℃保温60min，随着烧结助剂的增加，致密度先增加后降低，当添加8%Y2O3-La2O3的助烧剂时制备的Si3N4陶瓷具有较高的抗弯强度和断裂韧性。
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