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氮化硅陶瓷
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氮化硅陶瓷是一种烧结时不收缩的无机材料陶瓷。氮化硅的强度很高,尤其是热压氮化硅,是世界上最坚硬的物质之一具有高强度、低密度、耐高温等性质。

氮化硅陶瓷是一种共价键化合物,基本结构单元为[ SiN4 ]四面体,硅原子位于四面体的中心,在其周围有四个氮原子,分别位于四面体的四个顶点,然后以每三个四面体共用一个原子的形式,在三维空间形成连续而又坚固的网络结构。

氮化硅的很多性能都归结于此结构。纯Si3N4为3119,有α和β两种晶体结构,均为六角晶形,其分解温度在空气中为1800℃,在110MPa氮中为1850℃。Si3N4 热膨胀系数低、导热率高,故其耐热冲击性极佳。热压烧结的氮化硅加热到l000℃后投入冷水中也不会破裂。在不太高的温度下,Si3N4 具有较高的强度和抗冲击性,但在1200℃以上会随使用时间的增长而出现破损,使其强度降低,在1450℃以上更易出现疲劳损坏,所以Si3N4 的使用温度一般不超过1300℃。由于Si3N4 的理论密度低,比钢和工程超耐热合金钢轻得多,所以,在那些要求材料具有高强度、低密度、耐高温等性质的地方用Si3N4 陶瓷去代替合金钢是再合适不过了。

氮化硅陶瓷材料作为一种优异的高温工程材料,最能发挥优势的是其在高温领域中的应用。氮化硅陶瓷今后的发展方向是:

⑴充分发挥和利用Si3N4本身所具有的优异特性;⑵在Si3N4 粉末烧结时,开发一些新的助熔剂,研究和控制现有助熔剂的最佳成分;⑶改善制粉、成型和烧结工艺; ⑷研制Si3N4 与SiC等材料的复合化,以便制取更多的高性能复合材料。Si3N4陶瓷等在汽车发动机上的应用,为新型高温结构材料的发展开创了新局面。汽车工业本身就是一项集各种科技之大成的多学科性工业,中国是具有悠久历史的文明古国,曾在陶瓷发展史上做出过辉煌的业绩,随着改革开放的进程,有朝一日,中国也必然跻身于世界汽车工业大国之列,为陶瓷事业的发展再创辉煌。

它极耐高温,强度一直可以维持到1200℃的高温而不下降,受热后不会熔成融体,一直到1900℃才会分解,并有惊人的耐化学腐蚀性能,能耐几乎所有的无机酸和30%以下的烧碱溶液,也能耐很多有机酸的腐蚀;同时又是一种高性能电绝缘材料。

它是用硅粉作原料,先用通常成型的方法做成所需的形状,在氮气中及1200℃的高温下进行初步氮化,使其中一部分硅粉与氮反应生成氮化硅,这时整个坯体已经具有一定的强度。然后在1350℃~1450℃的高温炉中进行第二次氮化,反应成氮化硅。用热压烧结法可制得达到理论密度99%的氮化硅。

可以预言,随着陶瓷的基础研究和新技术开发的不断进步,特别是复杂件和大型件制备技术的日臻完善,氮化硅陶瓷材料作为性能优良的工程材料将得到更广泛的应用。