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、高韧性和高硬度,以及优异的化学和热稳定性。

首次发现于19世纪中期,Si3.N4由于其共价键的性质,最初并不易于制造。这导致了两种不同类型的发展,反应键化氮化硅(RBSN)和热压氮化硅(HPSN)。随后,自20世纪70年代以来,又开发了两种类型: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而来的。据设想,发动机主要由陶瓷制成,如赛隆,重量轻,能够在比传统发动机更高的温度下运行,从而提高效率。然而,由于成本、难以可靠地制造零件以及陶瓷固有的脆性等一系列因素,这一目标最终没有实现。

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,如金属成形、工业磨损和熔融金属处理。

不同类型的氮化硅,RBSNHPSNSRBSN而且SSN,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能和应用。

Reaction-Bonded (RBSN

RBSN在大约1450°C的温度下,对硅(Si)“面团”或粉饼进行氮化处理制成。在反应过程中Si3.N4在紧凑的孔隙中生长。这导致在密度增加的同时,尺寸变化很小。这个特性的最大好处是RBSN,因为它通常可以使零件接近净形状,而不需要后续昂贵的磨削操作。

这种反应的结果是,最终产品含有多孔性,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,特别是在窑家具方面得到了应用。

热压(HPSN

HPSN是在20世纪60年代和70年代发展起来的,目的是让工程师能够利用Si3.N4,这是无法实现的RBSNHPSN是通过添加助熔剂(通常是氧化镁)到细硅3.N4粉末,然后在石墨模具中压制粉末,通常在1800°C和40MPa压力下。合成体完全致密,具有优良的机械性能(见下文)。

这些HPSN例如,S已被应用于切削工具。应用往往是相对简单的形状,因为热压“坯料”必须经过金刚石研磨才能获得所需的轮廓。结果,HPSN零部件往往很昂贵,现在大部分已经被SSN

烧结反应粘合(SRBSN

SRBSN是关于RBSN旨在降低产品的最终孔隙率,从而提高其机械性能(见下文)。这是通过向起始粉末混合物中添加烧结添加剂来实现的,该粉末混合物允许材料在反应粘结阶段后烧结。虽然现在有一个明显的收缩,但它比为小SSNS和允许更大的控制。

RBSN,起始原料为SRBSN主要是金属硅,与高质量的氮化硅粉末相比相对便宜等等SRBSN因此制造成本比两者都要低HPSN而且SSN.的应用SRBSN包括切削工具和磨损部件。

这些材料的最新发展表明,由于硅偏转裂纹的增长,其韧性和抗冲击性得到了改善3.N4胡须。

烧结(SSN

SSN覆盖在1750°C左右的氮气气氛中通过无压烧结而致密的陶瓷。为了帮助致密化,使用了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,烧结材料可归类为烧结材料。硅合金是基于元素的陶瓷合金(Si),(Al),氧气(O)和(N)和这个术语经常与SSN.的物理性质SSN和赛龙101,赛龙制造的赛龙,与其他常见类型的氮化硅进行比较在下表中。欧宝体育连接

SSNsialon通常为氮化硅提供最佳的机械性能,在工业应用中应用最广泛,如熔融金属处理、工业磨损、金属成形、石油和天然气工业以及化学和加工工业。

物性数据的比较RBSNHPSNSRBSNSSNSyalon 101

财产 RBSN HPSN SRBSN SSN Syalon 101
断裂模量(MPa) 200 700 700 850 945
杨氏弹性模量(GPa) 175 300 300 300 288
硬度维氏硬度0.3(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Coeff。(0 - 1200°C) (106/ K-1 3.2 3.2 3.1 3.1 3.04
热导率(W/m/K) 10 26 25 22 21.3
抗热震性能(ΔT°C) 400 700 700 800 900
电阻率(ohm m) 1010 1010 1010 1010 1010

Syalon 101在测试条件下获得的典型物理性能数据。所有性能均由独立测试机构测量。所给出的值仅适用于确定它们的测试机构,因此只能作为推荐值。看到我们的免责声明.比较数据来自技术文献。

总结

氮化硅是一种非常重要的工程陶瓷,有多种形式,每种形式都有其独特的性能。这些包括高强度,韧性和硬度,优异的耐磨性,耐多种酸和碱的腐蚀和出色的抗热震性能。这些属性可以实现SSN和赛隆发现在许多工业应用中使用。随着这些材料越来越被广泛接受和使用,新的应用也不断被发现。