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(jí)配的SiC砂在均勻的Si粉包圍下，通過(guò)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(lái)，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(rùn)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(duì)材料的各項(xiàng)性能有直接的影響。對(duì)于Si3N4結(jié)合SiC復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，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(duì)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(guò)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(shì)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(jí)配是影響制品的成型及燒結(jié)密度的關(guān)鍵因素，而通過(guò)調(diào)整SiC的粒度、 顆粒級(jí)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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)氧化硅薄膜的擴(kuò)散過(guò)程所控制，對(duì)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(jí)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