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氮化硅陶瓷
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氮化硅陶瓷是一種燒結時不收縮的無機材料陶瓷。氮化硅的強度很高,尤其是熱壓氮化硅,是世界上最堅硬的物質之一,具有高強度、低密度、耐高溫等性質。

氮化硅陶瓷是一種共價鍵化合物,基本結構單元為[ SiN4 ]四面體,硅原子位于四面體的中心,在其周圍有四個氮原子,分別位于四面體的四個頂點,然后以每三個四面體共用一個原子的形式,在三維空間形成連續而又堅固的網絡結構。

氮化硅的很多性能都歸結于此結構。純Si3N4為3119,有α和β兩種晶體結構,均為六角晶形,其分解溫度在空氣中為1800℃,在110MPa氮中為1850℃。Si3N4 熱膨脹系數低、導熱率高,故其耐熱沖擊性極佳。熱壓燒結的氮化硅加熱到l000℃后投入冷水中也不會破裂。在不太高的溫度下,Si3N4 具有較高的強度和抗沖擊性,但在1200℃以上會隨使用時間的增長而出現破損,使其強度降低,在1450℃以上更易出現疲勞損壞,所以Si3N4 的使用溫度一般不超過1300℃。由于Si3N4 的理論密度低,比鋼和工程超耐熱合金鋼輕得多,所以,在那些要求材料具有高強度、低密度、耐高溫等性質的地方用Si3N4 陶瓷去代替合金鋼是再合適不過了。

氮化硅陶瓷材料作為一種優異的高溫工程材料,最能發揮優勢的是其在高溫領域中的應用。氮化硅陶瓷今后的發展方向是:

⑴充分發揮和利用Si3N4本身所具有的優異特性;⑵在Si3N4 粉末燒結時,開發一些新的助熔劑,研究和控制現有助熔劑的最佳成分;⑶改善制粉、成型和燒結工藝; ⑷研制Si3N4 與SiC等材料的復合化,以便制取更多的高性能復合材料。Si3N4陶瓷等在汽車發動機上的應用,為新型高溫結構材料的發展開創了新局面。汽車工業本身就是一項集各種科技之大成的多學科性工業,中國是具有悠久歷史的文明古國,曾在陶瓷發展史上做出過輝煌的業績,隨著改革開放的進程,有朝一日,中國也必然躋身于世界汽車工業大國之列,為陶瓷事業的發展再創輝煌。

它極耐高溫,強度一直可以維持到1200℃的高溫而不下降,受熱后不會熔成融體,一直到1900℃才會分解,并有驚人的耐化學腐蝕性能,能耐幾乎所有的無機酸和30%以下的燒堿溶液,也能耐很多有機酸的腐蝕;同時又是一種高性能電絕緣材料。

它是用硅粉作原料,先用通常成型的方法做成所需的形狀,在氮氣中及1200℃的高溫下進行初步氮化,使其中一部分硅粉與氮反應生成氮化硅,這時整個坯體已經具有一定的強度。然后在1350℃~1450℃的高溫爐中進行第二次氮化,反應成氮化硅。用熱壓燒結法可制得達到理論密度99%的氮化硅。

可以預言,隨著陶瓷的基礎研究和新技術開發的不斷進步,特別是復雜件和大型件制備技術的日臻完善,氮化硅陶瓷材料作為性能優良的工程材料將得到更廣泛的應用。