不同类型的氮化硅陶瓷

氮化硅(SI.3.N4)各种先进的工程陶瓷,其特征在于高强度,韧性和硬度,优异的化学和热稳定性。

Si最早发现于19世纪中期3.N4由于共价键的性质,最初并不容易制造。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,进一步发展了两种类型:烧结氮化硅(SSN),其中包括sialons和烧结反应粘结氮化硅(SRBSN)。

目前对氮化硅基工程材料的研究主要是从20世纪80年代发展到燃气轮机和活塞发动机的陶瓷零件。据设想,一种主要由锡亚隆等陶瓷制成的发动机,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,由于成本、可靠制造零件的困难以及陶瓷固有的脆性等诸多因素,这一目标最终未能实现。

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,如金属成型、工业磨损和熔融金属处理。

不同类型的氮化硅,rbsn.HPSNSRBSN.SSN.它们的制造方法决定了它们的性能和应用。

Reaction-Bonded (rbsn.

rbsn.在1450°C的条件下,将硅(Si)“面团”或“坯体”仔细氮化而成。在反应中,Si3.N4在紧凑的孔隙率上生长。这导致尺寸的尺寸变化很小,伴随着密度的增加。这个功能是最大的好处rbsn.,因为它通常允许零件被制造成接近净形,而不需要后续昂贵的磨削操作。

这种反应的一个结果是,最终产物含有孔隙度,因此其力学性能低于其他类型的材料,如下表所示。然而,这种材料的生产成本相对较低,并已发现应用,特别是作为窑具。

热压(HPSN

HPSN在20世纪60年代和20世纪70年代开发的目的是让工程师利用SI的一些优秀属性3.N4这是无法实现的rbsn.HPSN是通过添加熔剂(通常是氧化镁)到细硅3.N4然后将粉末压入石墨模具中,通常在1800°C和40MPa的压力下。合成体是完全致密的,具有优良的机械性能(见下文)。

这些HPSNS已找到应用作为切割工具。由于热压的“坯料”必须是钻石接地,以获得相对简单的形状,以获得所需的轮廓。因此,HPSN部件往往是昂贵的,现在在很大程度上被取代了SSN.

烧结Reaction-Bonded (SRBSN.

SRBSN.是关于rbsn.旨在降低产品的最终孔隙率,从而改善其机械性能(见下文)。这是通过将烧结添加剂添加到起始粉末混合物中来实现的,这允许材料在反应结合阶段之后进行烧结。尽管现在出现了显著的萎缩,但比过去要小SSN.s并允许更大的控制。

rbsn.,起始原料为SRBSN.,主要是金属硅,相对于高质量的氮化硅粉比较便宜等等SRBSN.因此,生产成本比两者都低吗HPSNSSN..应用的应用SRBSN.包括切削工具和磨损部件。

由于裂纹偏转Si的生长,这些材料的最新发展已经显示出韧性和抗冲击性的改善3.N4晶须。

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。在添加含铝添加剂的情况下,烧结材料可被归类为硅铝。Sialons是基于元素的陶瓷合金(Si),(al),(O)和(n)和该术语通常可互换使用SSN..的物理性质SSN.以及由International Syalons制造的Syalon 101,与下表欧宝体育连接中其他常见类型的氮化硅进行了比较。

SSN.sialon通常为氮化硅提供最好的机械性能,并广泛应用于工业应用,如熔融金属处理,工业磨损,金属成型,石油和天然气工业,化学和加工工业。

物理性质数据比较rbsn.HPSNSRBSN.SSN.和伊拉松101

财产 rbsn. HPSN SRBSN. SSN. Syalon 101.
破裂模量(MPa) 200. 700 700 850. 945
RT杨氏弹性模量(GPa) 175. 300 300 300 288.
RT硬度维氏高压0.3(公斤/毫米2 800 1650. 1450. 1450. 1500
骨折韧性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)(10-6/ K.-1 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
RT电阻率(欧姆m) 1010 1010 1010 1010 1010

在测试条件下获得的Syalon 101的典型物理性质数据。所有属性都是由独立的测试机构衡量的。给出的值仅适用于确定它们的测试体,因此只能是推荐的值。看看我们免责声明.比较数据来自技术文献。

概括

氮化硅是一种非常重要的工程陶瓷,有几种形式,每种形式都有其独特的性能。这些包括高强度,韧性和硬度,优良的耐磨性,耐多种酸和碱的腐蚀和出色的抗热震性。这些属性可以实现类似的功能SSN.并在许多工业应用中发现了sialon的用途。随着材料被越来越广泛地接受和使用,新的应用一直被发现。