不同类型的氮化硅陶瓷
硅氮化物(如果3.N4)是一系列先进的工程陶瓷，具有高强度，韧性和硬度以及优异的化学和热稳定性。
第一次发现是在19世纪中期，Si3.N4由于其共价键的性质，最初不容易制造。这导致了两种不同类型的发展，反应键合氮化硅(RBSN)和热压氮化硅(HPSN)。随后，自20世纪70年代以来，又发展了两种类型:烧结氮化硅(SSN)，其中包括sialons和烧结反应键合氮化硅(SRBSN)。
目前对氮化硅基工程材料的兴趣基本上是从20世纪80年代对燃气轮机和活塞发动机陶瓷部件的研究发展起来的。当时的设想是，一种主要由陶瓷制成的发动机，重量轻，能够在比传统发动机更高的温度下工作，从而提高效率。然而，最终，由于成本、可靠制造零件的困难以及陶瓷固有的脆性等一系列因素，这一目标未能实现。
然而，这项工作导致了这些材料的许多其他工业应用的发展，例如金属成型，工业磨损和熔融金属处理。
不同种类的氮化硅，RBSN，HPSN，SRBSN和SSN，这是由它们的制造方法决定的，这种方法决定了它们的最终性质和应用。
Reaction-Bonded (RBSN）
RBSN是通过在1450°C左右的温度下将硅(Si)“面团”或致密物仔细氮化而制成的。反应过程中Si3.N4生长在密实中的孔隙中。这导致在密度增加的同时，空间变化很小。这个特性的最大好处是RBSN，因为它通常允许零件被制成接近净形状，而不需要后续昂贵的磨削操作。
这种反应的结果是最终产品含有孔隙，因此其机械性能不如其他类型的产品，如下表所示。然而，这种材料的生产成本相对较低，特别是在窑具方面的应用。
热压(HPSN）
HPSN是在20世纪60年代和70年代发展起来的，目的是让工程师利用硅的一些杰出特性3.N4这是无法实现的RBSN．HPSN是在细硅中加入助熔剂(通常是氧化镁)制成的3.N4粉末，然后将粉末压在石墨模具中，通常在1800°C和40MPa的压力下。合成体是完全致密的，具有优异的机械性能(见下文)。
这些HPSN例如，已经在切削工具中得到了应用。应用往往是相对简单的形状，因为热压“钢坯”必须是金刚石研磨，以获得所需的轮廓。因此，HPSN零件往往是昂贵的，现在已经在很大程度上被取代SSN．
烧结反应键合(SRBSN）
SRBSN是一个发展RBSN旨在减少产品的最终孔隙率，从而改善其机械性能(见下文)。这是通过在起始粉末混合物中添加烧结添加剂来实现的，这使得材料在反应粘合阶段后可以烧结。尽管现在有明显的收缩，但它比1990年要小SSNS并允许更大的控制。
与RBSN，为起始原料SRBSN主要是金属硅，与高质量的氮化硅粉末相比，相对便宜SRBSN因此制造成本比两者都低吗HPSN和SSN．的应用SRBSN包括切削工具和磨损部件。
这些材料最近的发展表明，由于裂纹偏转Si的增长，这些材料的韧性和抗冲击性得到了改善3.N4胡须。
烧结(SSN）
SSN覆盖在氮气气氛中，在1750°C左右无压烧结致密化的陶瓷。为了帮助致密化，使用各种烧结添加剂的组合，如氧化钇、氧化镁和氧化铝。在添加了含铝添加剂的情况下，所述烧结材料可归类为锡龙。锡龙是基于元素的陶瓷合金硅(Si),铝(Al),氧气(O)和氮(N)，这个词经常与SSN．的物理性质SSN和Syalon 101(国际Syalons公司生产的一种sialon)，在下表中与欧宝体育连接其他常见类型的氮化硅进行比较。
SSNsialon通常为氮化硅提供最佳的机械性能，并且在工业应用中应用最广泛，例如熔融金属处理，工业磨损，金属成型，石油和天然气工业以及化学和加工工业。
物性数据的比较RBSN，HPSN，SRBSN，SSN和Syalon 101
| 财产 | RBSN | HPSN | SRBSN | SSN | Syalon 101 |
|---|---|---|---|---|---|
| 3点RT断裂模量(MPa) | 200 | 700 | 700 | 850 | 945 |
| 杨氏弹性模量 | 175 | 300 | 300 | 300 | 288 |
| 硬度维氏Hv0.3(公斤/毫米2） | 800 | 1650 | 1450 | 1450 | 1500 |
| 断裂韧性K¹C (MPam½） | 2.5 | 4.5 | 6.0 | 7.5 | 7.7 |
| 密度(g / cc) | 2.3 | 3.2 | 3.3 | 3.24 | 3.23 |
| 孔隙度(%) | 30. | 0 | 5 | 0 | 0 |
| 热膨胀系数。(0 - 1200°C) (106/ K1） | 3.2 | 3.2 | 3.1 | 3.1 | 3.04 |
| 导热系数(W/m/K) | 10 | 26 | 25 | 22 | 21.3 |
| 抗热震性(ΔT°C) | 400 | 700 | 700 | 800 | 900 |
| 电阻率(欧姆m) | 1010 | 1010 | 1010 | 1010 | 1010 |
在测试条件下获得的Syalon 101的典型物理性能数据。所有性能均经过独立测试机构的检测。所给出的值仅适用于测定它们的测试体，因此只能作为推荐值。看到我们的免责声明．比较数据来源于技术文献。
总结
氮化硅是一种非常重要的工程陶瓷，有几种形式，每种形式都有自己独特的性能。这些包括高强度，韧性和硬度，优异的耐磨性，耐许多酸和碱的腐蚀性以及出色的抗热震性。这些属性支持类似于SSN并且在许多工业应用中都有使用。随着材料被越来越广泛地接受和使用，新的应用一直在被发现。