2021-03-02

氮化硅是一種無機物，化學式為Si3N4。它是一種重要的結構陶瓷材料，硬度大，本身具有潤滑性，並且耐磨損，為原子晶體；高溫時抗氧化。而且它還能抵抗冷熱衝擊，在空氣中加熱到1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。正是由於氮化硅陶瓷具有如此優異的特性，人們常常利用它來製造軸承、氣輪機葉片、機械密封環、 性模具等機械構件。如果用耐高溫而且不易傳熱的氮化硅陶瓷來製造發動機部件的受熱面，不僅可以提高柴油機質量，節省燃料，而且能夠提高熱效率。中國及美國、日本等國家都已研製出了這種柴油機。

氮化硅（VK-SiN01）物理性質
相對分子質量140.28。灰色、白色或灰白色。屬高溫難溶化合物，無熔點，抗高溫蠕變能力強，不含粘結劑的反應燒結氮化硅負荷軟化點在1800℃以上；六方晶系。晶體呈六面體。反應燒結法制得的Si3N4密度為1.8~2.7g/cm3，熱壓法制得Si3N4密度為3.12~3.22g/cm3。莫氏硬度9~9.5，維氏硬度約為2200，顯微硬度為32630MPa。熔點1900℃（加壓下）。通常在常壓下1900℃左右分解。比熱容0.71J/(g·K)。生成熱-751.57kJ/mol。熱導率為（2-155）W/(m·K)。線膨脹係數為2.8~3.2×10-6/℃(20~1000℃)。不溶于水。溶于氫氟酸。在空氣中開始氧化的溫度1300~1400℃。比體積電阻，20℃時為1.4×105 ·m,500℃時為4×108 ·m。彈性模量為28420~46060MPa。耐壓強度為490MPa（反應燒結的）。1285℃時與二氮化二鈣反應生成二氮硅化鈣，600℃時使過渡金屬還原，放出氮氧化物。抗彎強度為147MPa。可由硅粉在氮氣中加熱或鹵化硅與氨反應而制得。電阻率在10^15-10^16Ω.cm。可用作高溫陶瓷原料。


氮化硅的應用及其在陶瓷上的應用：
一，氮化硅（VK-SiN01）的應用
1.氮化硅（VK-SiN01）陶瓷材料具有熱穩定性高、抗氧化能力強以及產品尺寸精確度高等優良性能。由於氮化硅是鍵強高的共價化合物，並在空氣中能形成氧化物保護膜，所以還具有良好的化學穩定性，1200℃以下不被氧化，1200~1600℃生成保護膜可防止進一步氧化，並且不被鋁、鉛、錫、銀、黃銅、鎳等很多種熔融金屬或合金所浸潤或腐蝕，但能被鎂、鎳鉻合金、不鏽鋼等熔液所腐蝕。

2.氮化硅（VK-SiN01）陶瓷材料可用於高溫工程的部件，冶金工業等方面的高級耐火材料，化工工業中抗腐蝕部件和密封部件，機械加工工業的刀具和刃具等。

3.由於氮化硅（VK-SiN01）與碳化硅、氧化鋁、二氧化釷、氮化硼等能形成很強的結合，所以可用作結合材料，以不同配比進行改性。

4.此外，氮化硅（VK-SiN01）還能應用到太陽能電池中。用PECVD法鍍氮化硅膜后，不但能作為減反射膜可減小入射光的反射，而且，在氮化硅薄膜的沉積過程中，反應產物氫原子進入氮化硅薄膜以及硅片內，起到了鈍化缺陷的作用。這裡的氮化硅氮硅原子數目比並不是嚴格的4:3，而是根據工藝條件的不同而在一定範圍內波動，不同的原子比例對應的薄膜的物理性質有所不同。

5.用於超高溫燃氣透平，飛機引擎，電爐等。

二，氮化硅在陶瓷中的應用
1.氮化硅（VK-SiN01）陶瓷軸承及軸承球
陶瓷軸承作為一種重要的機械基礎件，在新材料領域當中，因具有相較于金屬軸承更優良的耐高溫、高強度等性能而被推崇應用。伴隨加工技術、工藝水平的日益提高，其製造成本的下降，產品市場價格走向實用化，陶瓷軸承的應用開始向各行業領域進軍，不再僅停留于高、精、尖、小範圍內應用。陶瓷軸承的材質主要分為氮化硅和氧化鋯，氮化硅制陶瓷相比氧化鋯材料適用於更高轉速、高負荷，以及高溫的環境下。利用氮化硅制備高速、高精度剛性主軸的精密陶瓷軸承，其 製造精度可達P4至UP級。氮化硅或氮化硅基陶瓷復合材料也因此被公認是製造軸承及其零件最理想的材料。目前氮化硅陶瓷軸承主要用於四個方面：①高速軸承②高溫軸承③真空用軸承④腐蝕用軸承。
氮化硅陶瓷球則是在非氧化環境中高溫燒結的精密陶瓷制品，具有耐酸碱、耐腐蝕等特性，不僅可以在海水中長期使用，絕緣性、自潤滑性也十分優異，因此可以使用到無潤滑介質高污染的環境中。在800℃時，氮化硅陶瓷球強度、硬度幾乎不變，密度為3.20g/cm3，重量幾乎是軸承鋼的1/3的重量，旋轉時離心力小.可實現高速運轉。由此氮化硅陶瓷球很大程度上能成為陶瓷軸承、混合陶瓷軸承的 球珠，在超細研磨領域也發揮着重要的作用。













2.氮化硅（VK-SiN01）制渦輪轉子
渦輪增壓是一種利用內燃機運作所產生的廢氣驅動空氣壓縮機的技術，作用在於提高發動機的進氣量，從而增加發動機的功率和扭矩，同時對降低燃油消耗、減少噪聲、減少尾氣中的有害分子等方面具有重要意義。渦輪增壓器的關鍵零件是渦輪轉子，主要由轉子葉片、渦 、渦輪軸等零件組成。氮化硅系陶瓷具有的質量輕、高強度、高耐熱、耐衝擊和高斷裂韌性等優越性質，與高品質轉子的適用要求非常匹配。經試驗表明，氮化硅製成的渦輪轉子轉動慣量可減少40%，增壓響應時間快30%，明顯改進了低速時的加速度。並且氮化硅陶瓷在渦輪增壓器上的應用，為車用渦輪增壓器上的輕量化技術提供了可能。


3氮化硅（VK-SiN01）陶瓷刀具
在全球制備硬質合金的金屬礦產資源日益減少、價格上漲的大環境下，新技術的發展促進了多種高強度、高硬度、耐腐蝕、耐磨耐高溫新材料的研製，陶瓷刀具也應運而生。一代陶瓷刀具為氧化鋁陶瓷刀具，于1950年開始在生產上進行應用，1968年二代的復合氧化鋁陶瓷刀具在強度和韌性上較 代性能更加優異；20世紀70年代末80年代初國際上第三代陶瓷刀具——氮化硅陶瓷刀具才出現。這類刀具又比第二代復合氧化鋁刀具更高的韌性、抗衝擊性、高溫強度和抗熱震性。氮化硅刀具主要適用於鑄鐵、高溫合金的粗加工、高速切削和重切削，其優異的化學穩定性和耐磨性可在高速條件下長時間進行切削加工運作，比普通硬質合金刀具運行效率平均提高三倍以上。

4.鋁冶金氮化硅（VK-SiN01）陶瓷部件
氮化硅陶瓷具有的抗鋁液腐蝕的特性讓其在鑄鋁連軋生產線和煉鋁、熔鋁作業中，可用來製作測溫熱電偶管套、煉鋁爐爐襯、鋁液包子內襯、坩堝、鑄鋁模具、鋁電解槽等用具。例如氮化硅陶瓷製成的熱電偶管套用於鋁液測溫這一技術已經開始在我國普及，這種管套相較于常用的不鏽鋼、剛玉陶瓷管套在使用性能上更加優異，畢竟不鏽鋼容易被鋁液腐蝕，連續使用20h后就會被損坏，剛玉更是經不起熱衝擊。而在鋁液中性能長期穩定、間歇測溫1200次以上都不開裂的氮化硅陶瓷管套在加工過程中可謂是一大利器。

總而言之，氮化硅陶瓷是工業技術特別是尖端技術中不可缺少的關鍵材料。目前國內加工水平總體水平不高，因此氮化硅陶瓷有很大的發展空間。