清华大学和北京科技大学联合科研团队的最新研究成果，低温快速烧结制备了高力学性能的氮化硅（Si₃N₄）陶瓷，这个成果报告为陶瓷制造的低温策略提供宝贵的见解。
报告表明，氮化硅（Si₃N₄）陶瓷的传统制备工艺通常需要高温（>1700℃）和长时间烧结以实现致密化，导致能耗高、制造成本高昂。相对而言，目前低温条件下制备兼具高致密度和优异力学性能的氮化硅陶瓷的研究报道仍较为罕见。科研团队在本次研究中，通过引入具有高晶格应变能的细颗粒β-Si₃N₄粉末添加剂，提出了一种低温快速放电等离子烧结（SPS）策略。
注：
1、放电等离子烧结（SPS）：是一种利用脉冲电流直接加热粉末颗粒并通过施加压力实现快速致密化的先进烧结技术，具有升温速率快、烧结温度低的特点，适用于纳米材料与难烧结陶瓷。
2、晶格应变能：指材料晶格因缺陷、掺杂或机械变形而产生的内部能量，此处高晶格应变能的β-Si₃N₄粉末可加速烧结过程中的物质迁移。
β-Si₃N₄晶种通过原位溶解-再沉淀过程引入，实现了在液相量极少且无明显晶粒生长的条件下快速致密化，最终获得纳米级晶粒；在200 MPa机械压力和1300℃温度下，成功制备了以α-Si₃N₄为主的高致密双相氮化硅陶瓷，其相对密度达97%。高压促进了颗粒重排和液相均匀分布，为烧结提供了额外驱动力。
注：原位溶解-再沉淀指烧结过程中，细小的β-Si₃N₄晶种在液相中部分溶解后重新析出，促进α-Si₃N₄晶粒生长与致密化，同时抑制晶粒粗化。
通过实验，在1350℃制备的氮化硅样品表现出优异的硬度（18.5±0.3 GPa）与断裂韧性（6.7±0.2 MPa·m¹/²）组合，并且通过调控烧结温度和时间，可灵活定制陶瓷的相组成与力学性能。该成果具有显著的工业化潜力，并为陶瓷材料的低温制备策略提供了重要启示。
