氮化硅陶瓷檢視原始碼討論檢視歷史
| 氮化硅陶瓷 |
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。Si3N4 陶瓷是一種共價鍵化合物，基本結構單元為[ SiN4 ]四面體，硅原子位於四面體的中心，在其周圍有四個氮原子，分別位於四面體的四個頂點，然後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。
簡介
氮化硅的很多性能都歸結於此結構。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 熱膨脹係數低、導熱率高，故其耐熱衝擊性極佳。熱壓燒結的氮化硅加熱到l000℃後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衝擊性，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℃。由於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。Si3N4 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。Si3N4 今後的發展方向是：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研製Si3N4 與SiC等材料的複合化，以便製取更多的高性能複合材料。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，隨着改革開放的進程，有朝一日，中國也必然躋身於世界汽車工業大國之列，為陶瓷事業的發展再創輝煌。
評價
是將Si3N4 粉末和少量添加劑（如MgO、Al2O3、MgF2、Fe2O3 等），在1916 MPa以上的壓強和1600 ℃以上的溫度進行熱壓成型燒結。英國和美國的一些公司採用的熱壓燒結Si3N4 陶瓷，其強度高達981MPa以上。燒結時添加物和物相組成對產品性能有很大的影響。由於嚴格控制晶界相的組成，以及在Si3N4 陶瓷燒結後進行適當的熱處理，所以可以獲得即使溫度高達1300 ℃時強度（可達490MPa以上）也不會明顯下降的Si3N4系陶瓷材料，而且抗蠕變性可提高三個數量級。若對Si3N4 陶瓷材料進行1400———1500 ℃高溫預氧化處理，則在陶瓷材料表面上形成Si2N2O相，它能顯著提高Si3N4 陶瓷的耐氧化性和高溫強度。熱壓燒結法生產的Si3N4 陶瓷的機械性能比反應燒結的Si3N4 要優異，強度高、密度大。但製造成本高、燒結設備複雜，由於燒結體收縮大，使產品的尺寸精度受到一定的限制，難以製造複雜零件，只能製造形狀簡單的零件製品，工件的機械加工也較困難，Si3N4 陶瓷的製備技術在過去幾年發展很快，製備工藝主要集中在反應燒結法、熱壓燒結法和常壓燒結法、氣壓燒結法等類型. 由於製備工藝不同，各類型氮化硅陶瓷具有不同的微觀結構（如孔隙度和孔隙形貌、晶粒形貌、晶間形貌以及晶間第二相含量等）。因而各項性能差別很大 。要得到性能優良的Si3N4 陶瓷材料，首先應製備高質量的Si3N4 粉末. 用不同方法製備的Si3N4 粉質量不完全相同，這就導致了其在用途上的差異，許多陶瓷材料應用的失敗，往往歸咎於開發者不了解各種陶瓷粉末之間的差別，對其性質認識不足。一般來說，高質量的Si3N4 粉應具有α相含量高，組成均勻，雜質少且在陶瓷中分布均勻，粒徑小且粒度分布窄及分散性好等特性。好的Si3N4 粉中α相至少應占90%，這是由於Si3N4 在燒結過程中,部分α相會轉變成β相，而沒有足夠的α相含量，就會降低陶瓷材料的強度。[1]