2月11日，先進陶瓷期刊（Journal of Advanced Ceramics）在線發表了由清華大學和北京科技大學聯合科研團隊的最新研究成果，低溫快速燒結制備了搞力學性能的氮化硅（Si?N?）陶瓷，為陶瓷制造的低溫策略提供了寶貴的見解。

論文地址：https://doi.org/10.26599/AC.2025.9221044

論文摘要提到，氮化硅（Si?N?）陶瓷的傳統制備工藝通常需要高溫（>1700℃）和長時間燒結以實現致密化，導致能耗高、制造成本高昂。相對而言，目前低溫條件下制備兼具高致密度和優異力學性能的氮化硅陶瓷的研究報道仍較為罕見。科研團隊在本次研究中，通過引入具有高晶格應變能的細顆粒β-Si?N?粉末添加劑，提出了一種低溫快速放電等離子燒結（SPS）策略。

注：

放電等離子燒結（SPS）——是一種利用脈沖電流直接加熱粉末顆粒并通過施加壓力實現快速致密化的先進燒結技術，具有升溫速率快、燒結溫度低的特點，適用于納米材料與難燒結陶瓷。

晶格應變能——指材料晶格因缺陷、摻雜或機械變形而產生的內部能量，此處高晶格應變能的β-Si?N?粉末可加速燒結過程中的物質遷移。

β-Si?N?晶種通過原位溶解-再沉淀過程引入，實現了在液相量極少且無明顯晶粒生長的條件下快速致密化，最終獲得納米級晶粒；在200 MPa機械壓力和1300℃溫度下，成功制備了以α-Si?N?為主的高致密雙相氮化硅陶瓷，其相對密度達97%。高壓促進了顆粒重排和液相均勻分布，為燒結提供了額外驅動力。

注：

原位溶解-再沉淀——指燒結過程中，細小的β-Si?N?晶種在液相中部分溶解后重新析出，促進α-Si?N?晶粒生長與致密化，同時抑制晶粒粗化。

通過實驗，在1350℃制備的氮化硅樣品表現出優異的硬度（18.5±0.3 GPa）與斷裂韌性（6.7±0.2 MPa·m1/2）組合，并且通過調控燒結溫度和時間，可靈活定制陶瓷的相組成與力學性能。該成果具有顯著的工業化潛力，并為陶瓷材料的低溫制備策略提供了重要啟示。

編譯整理 YUXI