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氮化物陶瓷类型的浅析
发布时间：
2017-09-29
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1.氮化硅陶瓷 1.1氮化硅的基本特性 aα-Si3N4：低温型，是针状结晶体。β-Si3N4：高温型，是颗粒状结㊣ 晶体。将高纯硅在1200-1300℃下氮化，可得到白色或灰▆白色的α-Si3N4，而在1450℃左右氮化时，可得到β-Si3N4。 aα-Si3N4在1400-1600℃下加热，会转变成β-Si3N4。1900℃分解。Si3N4强度和韧性优于SiC，但抗氧化性和高温强度不及SiC。
1.氮化硅陶瓷
1.1 氮化硅的基本特性
aα-Si3N4：低温型，是针状结晶体。β-Si3N4：高温型，是颗粒状结晶体。将高纯硅在1200-1300℃下氮化，可得到白色或灰白色的α-Si3N4，而在1450℃左右氮化时，可得到β-Si3N4。
aα-Si3N4在1400-1600℃下加热，会转变成β-Si3N4。1900℃分解。Si3N4强度和韧性优于SiC，但抗氧化性和高温强度不及SiC。
1.2 氮化硅的制备技术
(a)氮化硅粉末合成卐：
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 氮化硅陶瓷性能与应用
(1)Si3N4陶瓷材料具有耐高温耐磨性能，在陶瓷发动机中用于制备燃气轮机的转子、定子和涡形管;无水冷陶瓷发动机中，用热压Si3N4做活塞顶盖;用反应烧结Si3N4可做燃烧器，它还可用作柴油机的火花塞、活塞罩顶、汽缸套、副燃烧室以及活塞-涡轮组合式航空发动机的零件等。
(2)Si3N4陶瓷材料具有耐磨性好、强度高、摩擦系数小的特点，弯曲强度比较高，硬度也很高，同时摩擦系数小，具有⊙自润滑性，摩擦系数小(只有0.1)。因此它可以被广泛用于机械工业，如制造轴承、滚珠、滚柱、滚珠座圈、高温螺栓、工模具、柱塞泵、密封材料等。
(3)Si3N4陶瓷材料的化学稳定性很好，耐氢氟酸以外的所有无机酸和某些碱液的腐蚀，也不被铅、铝、锡、银、黄铜、镍等熔融金属合金所浸润与腐蚀。因此它可以被广泛用于化工化学工业上的制备耐蚀耐磨零件，如球阀、密封环、过滤器、热交换器部件、管道、触媒载体等。
(4)Si3N4陶瓷材料的高○温电阻率比较高(1013-1014Ω·cm)，一方面可以作为较好的绝缘材料;同时还可以用于电子、军事和核工业上，如开关电路基片、薄膜电容器、高温绝〖缘体、雷达天线罩、导弹喷管、炮筒内衬、核反应堆的支承件等。
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)有两种晶型：立方BN和六方BN，在高温高压下六方BN可转变为立方BN。
立☆方氮化硼(C-BN)：其结构和性能与金刚石类似，其硬度仅次于金刚石，化学惰性比金刚石和硬质合金好。C-BN的主要用①途是：切削刀具、磨具和磨料，可用于切削包括黑色金属在内全部金属和非金属，且可用于精加工。
六方氮化硼(H-BN)：其结构和性♂能与石墨类似，又称之为白石墨，是良好的高温润滑材料和高温电绝缘材料。H-BN与大多数金属不反应、不润湿，可作为熔化和输送金属的坩锅或管道。可制造高温结构部件，如火箭燃烧室内衬、宇宙飞船的热屏蔽、磁流体发电机的耐蚀件↑等。还可作为高温、高频、高压绝缘的散热部件，半导体封装散热底板，核反应堆中的中子吸收和屏蔽材料。
3. 氮化铝陶瓷
氮化铝陶瓷的基本特性与用々途：AlN为六方晶型，密度3.26g/cm3，常压下2450℃升华分解，莫氏硬度7~9。最大的特点是导热率高，可达200W/m·K以上，热膨胀系◤数小，强度高，电绝缘性能好，是理想的基片材料，用作高温结构件和换热器等。
氮化铝陶瓷的烧结过程：在氮气中于1800~1900℃下烧成，烧结□助剂为SiO2、Y2O3、CaO，陶瓷的强度可达200~300MPa。
4. 赛隆(sialon)陶瓷
赛隆陶瓷是Si3N4与尖晶石AlN·Al2O3的固溶体，晶体结构与β-Si3N4相同，力学①性能也与β-Si3N4相似，硬度、强度和导热率略低于Si3N4，但韧性比Si3N4好。
β-Sialon的结□ 构通式为：Si6-xAlxOxN8-x，在1700℃，X≤4.2，1400℃， X≤2。赛隆陶瓷的应用与Si3N4相似，但更适合于作为超硬刀具材料。
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