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氮化物陶瓷类型的浅析

日期:2017年9月29日 11:40

1.氮化硅陶瓷

1.1氮化硅的基本特性

aα-Si3N4:低温型,是针状晶体。 β-Si3N4:高温型,是粒状晶体。将高纯度硅在1200-1300℃下氮化以获得白色或灰白色α-Si 3 N 4,并且当在约1450℃下氮化时,可以获得β-Si 3 N 4。

当α-Si3N4在1400-1600℃加热时,它将转化为β-Si 3 N 4并在1900℃下分解.Si3N4在强度和韧性方面优于SiC,但其抗氧化性和高温强度是不如SiC。

1.2氮化硅的制备技术

(a)氮化硅粉末合成:

表1 Si3N4粉末的合成方法

(b)烧结助剂:MgO,Al2O3,Y2O3

(c)烧结方法:常压烧结,气压烧结,热压烧结,反应烧结,热等静压烧结

1.3氮化硅陶瓷的性质和应用

(1)Si3N4陶瓷材料具有耐高温和耐磨性,用于陶瓷发动机制备燃气轮机的转子,定子和涡旋管;在无水冷陶瓷发动机中,热压Si3N4用作活塞帽;反应烧结Si3N4可用作燃烧器,它也可用作柴油发动机,活塞顶盖,汽缸套,二次燃烧室和活塞 - 汽轮机组合航空发动机部件的火花塞。

(2)Si3N4陶瓷材料具有耐磨性好,强度高,摩擦系数低的特点。弯曲强度相对较高,硬度也很高。同时,摩擦系数小,自润滑,摩擦系数小(仅0.1)。因此,它可广泛用于机械工业,例如制造轴承,滚珠,滚子,滚珠座圈,高温螺栓,工具,柱塞泵,密封材料等。

(3)Si3N4陶瓷材料的化学稳定性非常好,耐除氢氟酸以外的所有无机酸和一些碱性液体的腐蚀,不暴露于铅,铝,锡,银等熔融金属合金中。黄铜和镍。渗透和腐蚀。因此,它可广泛用于化学化学工业中的耐腐蚀和耐磨部件的制备,例如球阀,密封环,过滤器,热交换器部件,管道,催化剂载体等。

(4)Si3N4陶瓷材料的高温电阻率较高(1013-1014Ω·cm),一方面可用作良好的绝缘材料。它还可以用于电子,军事和核工业,例如开关电路基板和薄膜。电容器,高温绝缘子,雷达罩,导弹喷嘴,桶式衬里,核反应堆支持等。

此外,Si3N4陶瓷还可用作热机材料,切削工具,高级耐火材料等。

2.氮化硼陶瓷

氮化硼(BN)具有两种晶形:立方BN和六方晶BN。在高温和高压下,六角形BN可以转化为立方BN。

立方氮化硼(C-BN):其结构和性质与金刚石相似。其硬度仅次于金刚石,其化学惰性优于金刚石和硬质合金。 C-BN的主要用途是:切削工具,磨料和磨料,可用于切割所有金属和非金属,包括黑色金属,并可用于精加工。

六方氮化硼(H-BN):其结构和性质与石墨相似,也称为白色石墨。它是一种良好的高温润滑材料和高温电绝缘材料。 H-BN不与大多数金属反应而且不会润湿。它可以用作熔化和输送金属的坩埚或管道。它可以制造高温结构部件,例如火箭燃烧室衬里,航天器的隔热罩和磁流体发生器的耐腐蚀部件。它还可以用作核反应堆中的高温,高频,高压绝缘,半导体封装散热器和中子吸收和屏蔽材料的散热器。

3.氮化铝陶瓷

氮化铝陶瓷的基本特征和用途:AlN为六方晶,密度3.26g/cm3,常压下2450℃升华分解,莫氏硬度7~9。最大的特点是导热系数高,可达200​​W/m·K以上,热膨胀系数小,强度高,电绝缘性能好。它是高温结构件和热交换器的理想基材。

氮化铝陶瓷的烧结工艺:在1800~1900℃的氮气中烧成,烧结助剂为SiO2,Y2O3,CaO,陶瓷强度可达200​​~300MPa。

4.赛隆陶瓷

Sialon陶瓷是Si3N4和尖晶石AlN·Al2O3的固溶体。晶体结构与β-Si3N4的晶体结构相同。机械性能与β-Si3N4相似。硬度,强度和导热系数略低于Si3N4,但韧性优于Si3N4。

β-Sialon的结构式为:Si6-xAlxOxN8-x,在1700°C,X≤4.2,1400°C,X≤2.Sialon陶瓷的应用与Si3N4类似,但更适合作为超硬工具材料。

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