|
|
|
|
|
|
|
|
氮化硅是一种无机物，化学式为Si3N4。它是一种重要的结构陶瓷材料，硬度大，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性，人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、 性模具等机械构件。如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面，不仅可以提高柴油机质量，节省燃料，而且能够提高热效率。中国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机。
氮化硅（VK-SiN01）物理性质
相对分子质量140.28。灰色、白色或灰白色。属高温难溶化合物，无熔点，抗高温蠕变能力强，不含粘结剂的反应烧结氮化硅负荷软化点在1800℃以上；六方晶系。晶体呈六面体。反应烧结法制得的Si3N4密度为1.8~2.7g/cm3，热压法制得Si3N4密度为3.12~3.22g/cm3。莫氏硬度9~9.5，维氏硬度约为2200，显微硬度为32630MPa。熔点1900℃（加压下）。通常在常压下1900℃左右分解。比热容0.71J/(g·K)。生成热-751.57kJ/mol。热导率为（2-155）W/(m·K)。线膨胀系数为2.8~3.2×10-6/℃(20~1000℃)。不溶于水。溶于氢氟酸。在空气中开始氧化的温度1300~1400℃。比体积电阻，20℃时为1.4×105 ·m,500℃时为4×108 ·m。弹性模量为28420~46060MPa。耐压强度为490MPa（反应烧结的）。1285℃时与二氮化二钙反应生成二氮硅化钙，600℃时使过渡金属还原，放出氮氧化物。抗弯强度为147MPa。可由硅粉在氮气中加热或卤化硅与氨反应而制得。电阻率在10^15-10^16Ω.cm。可用作高温陶瓷原料。
氮化硅的应用及其在陶瓷上的应用：
一，氮化硅（VK-SiN01）的应用
1.氮化硅（VK-SiN01）陶瓷材料具有热稳定性高、抗氧化能力强以及产品尺寸精确度高等优良性能。由于氮化硅是键强高的共价化合物，并在空气中能形成氧化物保护膜，所以还具有良好的化学稳定性，1200℃以下不被氧化，1200~1600℃生成保护膜可防止进一步氧化，并且不被铝、铅、锡、银、黄铜、镍等很多种熔融金属或合金所浸润或腐蚀，但能被镁、镍铬合金、不锈钢等熔液所腐蚀。
2.氮化硅（VK-SiN01）陶瓷材料可用于高温工程的部件，冶金工业等方面的高级耐火材料，化工工业中抗腐蚀部件和密封部件，机械加工工业的刀具和刃具等。
3.由于氮化硅（VK-SiN01）与碳化硅、氧化铝、二氧化钍、氮化硼等能形成很强的结合，所以可用作结合材料，以不同配比进行改性。
4.此外，氮化硅（VK-SiN01）还能应用到太阳能电池中。用PECVD法镀氮化硅膜后，不但能作为减反射膜可减小入射光的反射，而且，在氮化硅薄膜的沉积过程中，反应产物氢原子进入氮化硅薄膜以及硅片内，起到了钝化缺陷的作用。这里的氮化硅氮硅原子数目比并不是严格的4:3，而是根据工艺条件的不同而在一定范围内波动，不同的原子比例对应的薄膜的物理性质有所不同。
5.用于超高温燃气透平，飞机引擎，电炉等。
二，氮化硅在陶瓷中的应用
1.氮化硅（VK-SiN01）陶瓷轴承及轴承球
陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，在新材料领域当中，因具有相较于金属轴承更优良的耐高温、高强度等性能而被推崇应用。伴随加工技术、工艺水平的日益提高，其制造成本的下降，产品市场价格走向实用化，陶瓷轴承的应用开始向各行业领域进军，不再仅停留于高、精、尖、小范围内应用。陶瓷轴承的材质主要分为氮化硅和氧化锆，氮化硅制陶瓷相比氧化锆材料适用于更高转速、高负荷，以及高温的环境下。利用氮化硅制备高速、高精度刚性主轴的精密陶瓷轴承，其 制造精度可达P4至UP级。氮化硅或氮化硅基陶瓷复合材料也因此被公认是制造轴承及其零件最理想的材料。目前氮化硅陶瓷轴承主要用于四个方面：①高速轴承②高温轴承③真空用轴承④腐蚀用轴承。
氮化硅陶瓷球则是在非氧化环境中高温烧结的精密陶瓷制品，具有耐酸碱、耐腐蚀等特性，不仅可以在海水中长期使用，绝缘性、自润滑性也十分优异，因此可以使用到无润滑介质高污染的环境中。在800℃时，氮化硅陶瓷球强度、硬度几乎不变，密度为3.20g/cm3，重量几乎是轴承钢的1/3的重量，旋转时离心力小.可实现高速运转。由此氮化硅陶瓷球很大程度上能成为陶瓷轴承、混合陶瓷轴承的 球珠，在超细研磨领域也发挥着重要的作用。
2.氮化硅（VK-SiN01）制涡轮转子
涡轮增压是一种利用内燃机运作所产生的废气驱动空气压缩机的技术，作用在于提高发动机的进气量，从而增加发动机的功率和扭矩，同时对降低燃油消耗、减少噪声、减少尾气中的有害分子等方面具有重要意义。涡轮增压器的关键零件是涡轮转子，主要由转子叶片、涡 、涡轮轴等零件组成。氮化硅系陶瓷具有的质量轻、高强度、高耐热、耐冲击和高断裂韧性等优越性质，与高品质转子的适用要求非常匹配。经试验表明，氮化硅制成的涡轮转子转动惯量可减少40%，增压响应时间快30%，明显改进了低速时的加速度。并且氮化硅陶瓷在涡轮增压器上的应用，为车用涡轮增压器上的轻量化技术提供了可能。
3氮化硅（VK-SiN01）陶瓷刀具
在全球制备硬质合金的金属矿产资源日益减少、价格上涨的大环境下，新技术的发展促进了多种高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨耐高温新材料的研制，陶瓷刀具也应运而生。一代陶瓷刀具为氧化铝陶瓷刀具，于1950年开始在生产上进行应用，1968年二代的复合氧化铝陶瓷刀具在强度和韧性上较 代性能更加优异；20世纪70年代末80年代初国际上第三代陶瓷刀具——氮化硅陶瓷刀具才出现。这类刀具又比第二代复合氧化铝刀具更高的韧性、抗冲击性、高温强度和抗热震性。氮化硅刀具主要适用于铸铁、高温合金的粗加工、高速切削和重切削，其优异的化学稳定性和耐磨性可在高速条件下长时间进行切削加工运作，比普通硬质合金刀具运行效率平均提高三倍以上。
4.铝冶金氮化硅（VK-SiN01）陶瓷部件
氮化硅陶瓷具有的抗铝液腐蚀的特性让其在铸铝连轧生产线和炼铝、熔铝作业中，可用来制作测温热电偶管套、炼铝炉炉衬、铝液包子内衬、坩埚、铸铝模具、铝电解槽等用具。例如氮化硅陶瓷制成的热电偶管套用于铝液测温这一技术已经开始在我国普及，这种管套相较于常用的不锈钢、刚玉陶瓷管套在使用性能上更加优异，毕竟不锈钢容易被铝液腐蚀，连续使用20h后就会被损坏，刚玉更是经不起热冲击。而在铝液中性能长期稳定、间歇测温1200次以上都不开裂的氮化硅陶瓷管套在加工过程中可谓是一大利器。
总而言之，氮化硅陶瓷是工业技术特别是尖端技术中不可缺少的关键材料。目前国内加工水平总体水平不高，因此氮化硅陶瓷有很大的发展空间。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
