中國粉體網訊 我們對氮化硅陶瓷的優(yōu)越性已經介紹過多次了，它是結構陶瓷家族中綜合性能最為優(yōu)良的一類材料，被譽為“全能陶瓷”、“黑色陶瓷鋼”、“先進陶瓷材料皇冠上的明珠”。
在物理性能方面，氮化硅陶瓷具有較高的抗彎強度以及斷裂韌性，并且具有較好的耐磨損性和一定的自潤滑能力。因此，氮化硅很適合用于軸承材料的應用之中。除此之外，氮化硅陶瓷還具有比較高的理論熱導率，該特性使其被認為是一種很有潛力的高速電路和大功率器件散熱和封裝材料。目前看來，氮化硅陶瓷將是今后陶瓷軸承和高性能陶瓷基板的“代名詞”。
氮化硅陶瓷的研究一直由國外引領
盡管在19世紀中葉已經人工制備出氮化硅，但是在以后的一百多年時間里，氮化硅材料一直沒有出現大規(guī)模的應用。陶瓷形式的氮化硅最早是由英國發(fā)展起來的，該材料在1955年首次生產，主要用于熱電偶管、熔融金屬坩堝和火箭噴嘴。這種類型的材料是將金屬硅粉末壓坯再經升溫和沖入氮氣氮化形成的，后來被稱為反應結合氮化硅(RBSN)。由于這種反應燒結氮化硅一般含有25%左右的氣孔隙，致密化程度不夠高，因而未能體現氮化硅材料的高強度和硬度等性能。
圖片來源：中材高新氮化物陶瓷有限公司
經過幾代陶瓷科研人員努力，解決氮化硅陶瓷不同的工程應用的多種燒結工藝被相繼開發(fā)出來，近來又陸續(xù)發(fā)展的放電等離子體燒結和微波燒結等新技術給氮化硅應用又開拓了新的途徑。在先進燒結技術的保障下，氮化硅的各方面性能優(yōu)勢逐漸體現出來，成為綜合性能最為優(yōu)良的結構陶瓷材料。
說起我國對氮化硅陶瓷的研究，要追溯到40多年前。早在1978年，我國就在山東工陶院設立了氮化硅項目組，這也是我國最早開展氮化硅研究的單位之一。但由于我國的生產工藝相對落后，國外又對我國實施技術封鎖，尤其是熱等靜壓制備方法，技術門檻高，設備綜合指標苛刻且費用昂貴，所以一直未被攻克，長期處于“真空”狀態(tài)，嚴重制約著我國高端氮化硅陶瓷材料的發(fā)展。
中材高新氮化物公司的產業(yè)化之路
2011年，中材高新開始組建產業(yè)化平臺，在山東成立中材高新氮化物陶瓷有限公司，以盡快實現高性能氮化硅陶瓷球的批量生產。
2015年成功突破國外的技術封鎖，實現高性能氮化硅陶瓷材料中試生產線的貫通，并于當年將熱等靜壓（HIP）氮化硅軸承球推向市場，性能達到國際標準Ⅰ級材料水平。
2017年，年產100噸高性能氮化硅陶瓷生產線開工建設，標志著我國氮化硅研制產業(yè)化達到了國際同類產品的水平。自此之后，氮化物公司已量產出規(guī)格從φ0.8mm到φ101.6mm不等、精度等級G3、G5、G10、G20不等的陶瓷球。
圖片來源：中材高新氮化物陶瓷有限公司
氮化物公司現在的主要產品有兩個，一個是HIP氮化硅陶瓷球，另一個是高導熱氮化硅基板。在今年7月于濟南舉辦的“第一屆半導體行業(yè)用陶瓷材料技術研討會”現場，中材高新材料股份有限公司總裁張偉儒在接受中國粉體網記者采訪的時候介紹，目前氮化物公司已經完成從中試生產到年產50噸高端氮化硅陶瓷生產線的轉化，并正在建設200噸氮化硅材料生產項目，該項目包括建設180噸HIP氮化硅陶瓷球和20噸約70萬片高導熱氮化硅基板生產線，這些項目將在明年上半年就會投產，屆時他們至少在規(guī)模方面與日本東芝、美國CoorsTek等國外公司處于同一水平。隨著電動汽車對高導熱基板、氮化硅軸承球需求量的提高，他們三期規(guī)劃將做到400噸的生產規(guī)模。
圖片來源：中材高新氮化物陶瓷有限公司
讓氮化硅陶瓷這顆“明珠”更加璀璨耀眼
從無到有、從弱到強，經歷了40多年的發(fā)展歷程，從1978年成立項目組到2017年9月“年產100噸高性能氮化硅陶瓷生產線”開工建設，氮化硅陶瓷材料也迎來了高速發(fā)展期，成功研制的G3級軸承球已在航天、航空工程上應用，解決了該類產品長期以來依賴進口的“卡脖子”技術難題。目前，高性能氮化硅陶瓷軸承已在高端裝備、電動汽車、風電領域得到廣泛應用，從根本上解決了完全依賴進口的局面。切入新能源汽車產業(yè)鏈后，與全球軸承科技與制造頭部企業(yè)合作，成功開發(fā)新能源汽車用氮化硅陶瓷軸承并實現批量供貨。與比亞迪、中車等合作研發(fā)新能源汽車功率器件用高導熱氮化硅陶瓷基板產品，均展示出未來巨大的市場需求。堅持創(chuàng)新自立自強，氮化硅陶瓷這顆“黑色明珠”將會更加璀璨耀眼。
2023年3月9-10日，中國粉體網將在江西萍鄉(xiāng)舉辦“2022第五屆新型陶瓷技術與產業(yè)高峰論壇”，我們有幸邀請到了中材高新材料股份有限公司董事長張偉儒先生作題為《高性能氮化硅陶瓷制備技術及應用發(fā)展現狀》的報告，屆時，張總將對氮化硅陶瓷的制備技術進行詳細闡述，并對其應用前景進行展望。
信息來源：
[1]拼搏2022|氮化物公司：讓氮化硅陶瓷這顆“明珠”更加璀璨耀眼.中國建材總院
[2]張創(chuàng)等.氮化硅陶瓷的研究與應用進展
（中國粉體網編輯整理/山川）
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