Si3N4和SiC均為共價(jià)鍵性極強(qiáng)的化合物，有相似的物理和化學(xué)性能,在高溫狀態(tài)下仍保持高的鍵合強(qiáng)度,。一定顆粒級配的SiC砂在均勻的Si粉包圍下,，通過高溫氮化反應(yīng)，生成的α -Si3N4及β-Si3N4把堅(jiān)硬的SiC結(jié)合起來,，形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),。Si3N4-SiC制品具有許多良好的物化性能：高溫強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)高,、熱震穩(wěn)定性好,、荷重軟化點(diǎn)高、較低的熱膨脹系數(shù),、抗高溫蠕變,、抗酸能力強(qiáng)、不被有色金屬潤濕,、抗氧化性能好等,。
原料配比是制備復(fù)合材料的一項(xiàng)基本的技術(shù)參數(shù)，對材料的各項(xiàng)性能有直接的影響,。對于Si3N4結(jié)合SiC復(fù)合材料來說,，SiC是復(fù)合材料的基體材料，其含量的多少直接影響材料的耐高溫性能,。研究表明,，當(dāng)SiC的加入量增加時(shí)，材料的抗熱震性能好,，而當(dāng)SiC的加入量減少或Si加入量增加時(shí)復(fù)合材料抗熱震性降低,。這一方面是由于SiC與Si3N4相比導(dǎo)熱性較好，熱膨脹系數(shù)較低,，有助于降低材料內(nèi)部的溫度梯度和熱應(yīng)力,，減少熱沖擊對材料的損傷,；另一方面當(dāng)SiC的含量增加材料的氣孔率增加使材料在受熱膨脹時(shí)有一定的空間進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，表現(xiàn)在宏觀性能上是抗熱沖擊性能較好,。
此外Si加入量偏高易造成氮化不完全或燒成時(shí)出現(xiàn)“流硅”,，試樣中的殘留Si在熱震過程中由于氧化而產(chǎn)生體積膨脹，造成試樣抗熱震性能的下降,。另外,，由于SiC比Si3N4具有更好的抗氧化能力，隨著材料中Si3N4含量的增加,，材料的抗氧化性能變差,，變化趨勢比較明顯，故在保證材料必要強(qiáng)度的前提下應(yīng)盡量減少Si3N4加入量,。因此,，原料中Si的主要作用是高溫氮化形成Si3N4，提高材料的力學(xué)性能,，而SiC則主要是提高材料的抗熱震,、抗氧化等高溫性能。在實(shí)際生產(chǎn)中,，應(yīng)在保證材料具有合理的力學(xué)性能的前提下盡量增加SiC在原料中的比例,，以提高最終制品的耐高溫性能。
原料的粒度及顆粒級配是影響制品的成型及燒結(jié)密度的關(guān)鍵因素,，而通過調(diào)整SiC的粒度,、 顆粒級配是優(yōu)化其抗熱震性能的有效方法。SiC粗顆粒的加入量及粒度對試樣抗熱震性能影響較大,。粗顆粒加入太少或粗粒粒徑太小,，都會(huì)明顯地影響到原料的堆積密度，造成試樣的成型密度及燒成后制品密度較低,，氣孔率大,，制品的傳熱性能變差，影響制品的抗熱震性能,。 此外，SiC 顆粒大小引起的界面因素及其自身氧化特性對材料的抗氧化性能有重要作用,。 抗 氧化能力與密度,、氣孔率特別是顯氣孔率有關(guān)，由于氣孔是試樣從表面氧化到內(nèi)部氧化的通道,，顯氣孔率降低,，結(jié)構(gòu)致密，提供氧氣的通道減少,，對氧化反應(yīng)能起到一定的延緩和阻礙作用,，抗氧化能力增強(qiáng),。但是，隨著SiC 顆粒的變細(xì),，材料的抗氧化能力降低,。由于SiC顆 粒變細(xì)時(shí)，一方面增加了其與Si3N4 結(jié)合的界面,，由于Si3N4與SiC熱膨脹系數(shù)的差異,，在界面上產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，甚至出現(xiàn)裂紋,，從而增加了SiC與氧氣接觸的表面,；另一方面當(dāng)顆粒被氧化膜覆蓋后，進(jìn)一步的氧化則為氧通過氧化硅薄膜的擴(kuò)散過程所控制,，對細(xì)SiC顆粒,，由于氧化擴(kuò)散距離短，則容易被氧化,。
影響Si3N4結(jié)合SiC復(fù)合材料耐高溫性能的因素主要有原材料的配比,、顆粒級配、燒結(jié)助劑的種類及加入量等,。綜合相關(guān)研究結(jié)果得出：
（1）SiC含量增加可以有效提高復(fù)合材料的耐高溫性能,。
（2）SiC粗、中,、細(xì)顆粒的合理配比才能制備出密度合適的復(fù)合材料,，最終有效地提高復(fù)合材料的抗熱震性和抗氧化性。
（3）根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況選擇合適的燒結(jié)助劑及其用量,，是影響復(fù)合材料最終性能的重要因素