什么是Sialon陶瓷?

Sialons是基于元素的陶瓷合金(si),(al),,(o)和(n)并在1970年代开发以解决氮化硅的问题(SI3n4)难以制造。

作为Si合金3n4,Sialons以三种基本形式存在。每种形式都是ISSTRTORAL,具有SI的两种常见形式之一3n4,β(β)和α(α)以及含氧硝酸硅。Sialon和Si之间的关系3n4与黄铜和纯铜之间相似。在后一种情况下,铜原子被锌代替,使其比母金属更好,更强大。在Sialon的情况下,Al可以替代Si,并通过相应的原子替换为O,以满足Valancy的要求。所得的“溶液”(Sialon)具有与原始纯溶剂(氮化硅)相比的特性。

Si的基本结构单元3n4是罪4四面体,类似于SIO4硅酸盐中的结构单位。四面体通过共享拐角将四维框架连接在一起。Si-N键很短,它们非常牢固。这种强,刚性,紧凑的结构负责Si的许多重要特性3n4

Sialon陶瓷材料的类型

β-Sialon陶瓷

β-Sialon基于β-SI中存在的原子排列3n4。在Sialon公式的这种构型中,Si被Al代替,由O n替换为N。以这种方式,β-SI中的硅的三分之二至三分之二3n4可以用AL代替,而不会导致结构变化。化学替代是改变Al-O键的Si-N键之一。两种情况下的键长大约相同,但Al-O键强度明显高于Si-N。在Sialon,AL被协调为ALO4而不是像alo一样6如氧化铝(Al)2o3)。因此,在β-Sialon中,Al-O键强度比Al强50%2o3。因此,Sialons本质上具有比两个Si更好的特性3n4和al2o3

Syalon 101-β显微照片

显微照片显示了Syalon 101的微观结构。细β-Sialon(β)颗粒围绕着小口袋(G)。

β-Sialon具有一般公式si6-Zalzozn8-Zz在0-4.2之间变化,需要烧结添加剂,例如yttria(y)2o3),镁(MGO)或稀土氧化物,以致密。作为实心溶液,β-Sialon的蒸气压低于Si3n4因此,Sialon将在较低的温度下形成更多液体。因此,β-Sialon比Si更容易致密3n4使用正常的烧结技术。此外,应注意的是,锡龙的较低蒸气压在高温下降低了分解,因此Sialon在热力学上比SI更稳定3n4

欧宝体育连接使用Yttria作为烧结辅助。当烧结高于1700°C时,将六角形的β-sialon晶粒沉淀出来,并在氧硝酸盐液相中生长,这些液相是由烧结添加剂(例如YTTRIA,氧化铝,氧化铝,硅和硝酸铝)形成的。随后,冷却液相形成耐火的晶间玻璃。这会产生材料Syalon101。该材料具有伸长的β晶粒,其特征是高强度和韧性。

通过受控的处理,可以将Intergranualr玻璃转换为Yttrium铝石榴石(YAG),这是一种难治性的晶相。这使材料具有更好的高温特性,并且该材料可以在高达1350°C的温度下保留其强度。该材料可作为Syalon 201。

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α-Sialon陶瓷

第二种形式3n4sialon是同一结构是α-Si3n4。α-Si中的堆叠结构3n4与β-SI不同3n4在该β结构中运行的长“通道”以间隔被阻塞。这引起了一系列的跨孔孔。在每个si中12n16单元有两个间刺孔。在α-Sialons中,四面体结构中的Si被Al替换为n的n替代,而n替代了v阀的需求。通过修饰占据跨膜孔的阳离子,满足了阀的需求。以这种方式,可以将Yttrium(Y),钙(CA),锂(Li)和Neododymium(ND)的阳离子纳入结构中。因此α-Sialon具有一般公式Xsi12-(M+N)alm+nonn16-N其中x <2,而我是修饰阳离子。

可以在相邻的相图中说明α-Sialon相区域,该图显示了基于y的系统2o3添加剂。这是一个JäneckePrism,是显示五个组件Sialon系统的最方便方式,即Me-Si-Si-Al-O-N。α-Sialon相区域是Si的阴影区域3n4-yn.al2o3-aln.al2o3飞机。还可以看出,沿Si延伸的β-Sialon固体溶液3n4-aln.al2o3线,因此形成了α-Sialon平面的边界。这导致形成混合α:β-Sialons的可能性。

Y-SI-AL-O-N系统的相图。

Y-SI-AL-O-N系统的相图。

α-Sialons与β-Sialons相似,因为α相是从氧硝酸盐液相沉淀的。在反应过程中,随着修饰阳离子被纳入α-Sialon结构,液体的量逐渐减小。因此,从理论上讲,可以形成单相α-Sialon。但是,在烧结后,实际上,一些残留的晶间玻璃将保留,就像β-Sialons通常可以转化为耐火晶体。因此,通过仔细控制组成和烧结循环α-Sialon陶瓷可以具有出色的高温特性。α-Sialon晶粒倾向于具有较小的等字形态,其材料的强度和韧性低于β-Sialon。但是,α-Sialon的硬度比β-Sialon高。

混合α:β-Sialon陶瓷

如上所述,可以控制起始组合物和加工以形成混合α:β-Sialons。因此,可以定制材料,以结合β-Sialon的高强度和韧性以及α-Sialon的高硬度和高温特性。欧宝体育连接国际Syalons产生混合α:β-Sialon,可作为Syalon 050使用。

O-Sialon陶瓷

Sialon的最终形式O-Sialon是用氧硝酸盐(Si)的等值结构2n2o)。Si的结构2n2o由Si层组成3n4Si-O-Si债券加入的环。在O-Sialon,Al和O更换一些Si和N原子。

欧宝体育连接国际Syalons不会生产O-Sialon陶瓷,它是低级难治性的陶瓷,没有比β-Sialon的好处,例如成本,尽管α-和β-Sialon的特性非常出色,但提供了更大的使用寿命,从而抵消任何假定的成本收益。