SiAlON陶瓷的历史

氮化硅(Si3.N4)是一种高性能耐火陶瓷,可以存在于三种不同的晶体相(α, β和γ),每一种都表现出不同的热力学性质。这些材料相中的每一种都适用于恶劣的工作条件,氮化硅被用于制造全球一些最苛刻的工业部门的高温部件。然而,传统的烧结方法很难生产完全致密和复杂的氮化硅组件,替代技术意味着显著的额外成本。SiAlON陶瓷的设计直接解决了这些问题。

SiAlON陶瓷的发现

在20世纪70年代,日本和英国纽卡斯尔大学的独立研究在硅(Si)、铝(Al)、氧(O)和氮(N)的新排列的配方上取得了积极的成果。由此产生的SiAlON公式导致了一种与氮化硅有许多相似之处的陶瓷合金,包括与氮化硅的三个相的等结构排列。

第一个商业上可行的SiAlON是β-氮化硅等结构。硅原子被铝取代,氮原子被氧取代,导致排列在高强度四面体中的氮化硅键的基本结构完整性几乎没有变化。在这一发现后不久,β-SiAlON级Syalon 101被发布用于商业和工业应用,为现有的氮化硅提供了功能和成本效益的替代品。

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α-和α:β-SiAlON陶瓷后来被发现,前者与α-氮化硅是同结构的,表现出与已建立的sialon不同的物理化学堆叠结构。改变α相硅的四面体结构会显著降低材料的延展性,但其硬度高于β-SiAlONs。混合α:β-SiAlON牌号,如Syalon 050被开发来提供强度、韧性和硬度的理想交集,以增强磨损能力。

SiAlON陶瓷的创新

自40多年前成立以来,SiAlON陶瓷已成为恶劣工作条件下应用的领先工程材料之一。热电偶保护套,熔融金属加热器和上升管,以及挤压模具通常使用β-和α:β- sialon陶瓷制造。正在进行的创新继续进一步提高这些材料的商业和工业用途的能力。

β相复合材料Syalon 501是用氮化钛开发的,以改变sialon的传统绝缘性能,并实现材料的电放电加工。这导致了物理力学性能的轻微下降,同时实现了传统材料无法实现的剖面功能,支持比以往任何时候都更复杂的陶瓷形状的制造。

这一进步正逐渐被增材制造的出现所超越,增材制造代表着3d打印陶瓷材料的巨大前景,其物理性能与通过等静态加工生产的相同材料几乎相同。Syalon 101现在可以打印成尺寸越来越小的独特形状,以支持采用新材料安排的传统制造工艺。

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