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氮化硅_碳化硅复合陶瓷的性质及应用

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氮化硅一碳化硅复合陶瓷的性质及应用

周宝海译

月组舀近年来从节省能源资源以及提高制品

性能的观点出发需要能有超越金属材料使用温度的新型高温材料氮化硅碳化硅等材料的致密烧结体是最理想的新型高温材料氮化硅碳化硅比重小耐磨性强耐化学腐蚀性优良在高温下具有很高的强度碳化硅的烧结温度为2000一况0℃氮化硅的烧结温度为1700~1800C当加热到1000℃时氮化硅的强度高于碳化硅的强度在常温下碳化硅的热传导率是氮化硅的几倍氮化硅具有极好的绝缘性能碳化硅具有导电性基于以上两种材料的特点以氮化硅做为基体材料将碳化硅细分散于氮化硅基体材料中制成混合粉体,在17oG一180。℃下进行烧结能制成同时具有氮化硅碳化硅两种材料各自优良特性的复合材料二复合材料的烧结用纯度为91%平均粒径为。3卜m的。型氮化硅和纯度为9%平均粒径为026协m的日型碳化硅组成复合材料以MgoA12o3Y:o。CeOZ作为助熔剂将其中一种助熔剂或将两种混合后做为复合助熔剂添加到氮化硅-一碳化硅复合粉体中经成形后在76ommHg压力的N:气氛下采用常压烧结法烧结烧结温度为1600一1800℃烧结时间1小时图1是复合材料的工艺流程图当氮化硅和碳化硅以Si。N‘:Sic二85:15时采用常压烧结法温度为1700℃时间为1小时添加一种助熔剂时烧结体的相对密度为60一70%即使将助熔剂用量增加到10%烧结体的相对密度也不增加,如将两种助熔剂按一定配比组成复合助熔剂采用和上面相同的方法所制得的烧结体相对密度为79一88%复合助熔剂对烧结体密度的影响如图2所示:图2表示复合助熔

剂添加量为15%烧结温度为1700一lsooaC

烧结时间为1小时的情况

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A1203(10)Al:0〔10)Ceo丈10)Mgo(10)

口1700℃累1300

℃

图2复合村料的相对密度及失重

经试验证明最理想的烧结助熔剂是

Y:03:ceo。=5:10用常压烧结法不能使

烧结体的相对密度达到90%,所以用热压烧

结法进行试验试验结果如图3所示:{扛丁任

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图3表示不同SIC/(SIC卜51。N4)重量比及烧结工艺对烧结体相对密度的影响将Y:O。:AI:03=5:10和CeO::AI:03二5

:10组成复合助熔刘添加到SIC/(SIC

十Si3

N

4)

不同值的复合粉料中烧结温度

为1700℃用常压烧结法1小时或4小时热

压烧结法1小时从图3中可以看

出当SI

C

:51。N‘=o,100之间变化时用1小时

的

常压烧结法相对密度为87儿用迄小时的常压烧结法相对密度为92%而采用热压烧结

法1小时烧成的样品相对密度却达到招%

从图3中还可以看出采用热压烧结法时改变

SIC的加入量对烧结体的相对密度基本上

不产生影响

经研究认为影响复合材料致密度的原因除液相烧结作用外还与Si。N4的晶型转化有关在烧结过程中。一Si。N‘转化成日一513N4,由于Si。N4

和助熔剂反应而生成日

z

一S主3N‘也有助于复合材料的致密化程度三复合材料的显微结构及生成相

将Y:03:AI:03二5:士。和Ce

oZ:A1203

二5,

10两种复合助熔剂分别加入到SIC

:别。N4=15:85的混合粉料中,采用热压

烧结法在170℃下烧结1小时复合材料样品的电子显微镜照片图4(

略

)

一种以Y:03一A工:03为助熔剂的复台材料颗粒为06一。6)(1一3卜m的柱状p一51。N、和颗书乙为04},m}、勺球状日一SIC另一种以CeO。一A12O。为助熔剂的复合材料,颗粒同于前种从图4中可以看出约1林m的颗粒联接在一起其中包含有不规则形状的凝集粒子经X一射线衍射分析烧结体中的生成相是日一513N‘及吕一SIC,见不到AI:O。等的衍射峰这些助熔剂都生成了玻璃相存在于烧结体中四复合材料的性质4一1:复合材料的常温强度添加YZO3(5)卜A1203(10)于SIC,Si3N‘=(o一25):(100一75)的复合材料粉体中用热压烧结法在1700℃下用1小时烧结的样品的抗弯强度如图5所示:为分析比较SICSi3N‘助熔剂三种原料混合的均匀度对复合材料抗弯强度的影响,采用不同混合方法制备了ABc三种样品按A一卜B一c顺序混合均匀性越来越高将不同混合程度的ABc三种粉料彗}夕~~一卜—一一心~一一仁卜一~、卜△一~下l重量比SIC/(SiN:+SIC)(热压烧结嫂ookgjem21700℃It助熔剂Y203(5)一A2103(10)口O:A混合法(母18。。℃)△B混合法口C混合法图弓SIC一Si3N‘复合材料的抗变强度在1了0℃厂烧结从图5中可以看出当SIC的含量增加时混合均匀度最差的

A

抗

弯强度降低而混合均匀度较好的BC抗弯强度影响较小通过以上结果可知,对复

肠合材料粉体要进行充分混合混合十分均

匀

的粉料对增强复合材料烧结体的抗弯强度有

很大关系4一2复合材料的高温强度将i%重量的Mgo加入到SIC一513N‘复合粉料中作助熔剂制备样品测定其常温和高温下的强度复合材料的常温强度低于513N‘材料,而在14。。℃时复合材料的强度则高于Si3N‘材料测试结果见表1:丧1SIC一Si3N‘复合材料的抗夸弧度(PSi)材料s;C:(vo‘)}室温强度!1‘。。℃强度5i3N-00}9490117生0压烧结法复合材料硬度为17。。一22。。kg/mm么,无论采用那种烧结法,以Y:O:一AI:03复合材料作助熔剂的硬度都高于以Ce02一A12O。作助熔剂的硬度从图6中

还可以看出用热压烧结法时,当SIC的含量增加烧结体的硬度也增高图7表示由室温一1300℃时

SIC一Si3

N‘

复合材料的硬度值同时也显示了单质513

N

4

材料在高温下的变化情况单质

si:

N

‘当加热到1000℃时硬度急剧下降,而

Sie一51。N‘复合材料即使在1200℃

硬度降

低趋势也不大另外SIC含量多的复合材料

样品,不论常温高温下硬度都高

SIC一Si3N‘复合

材料(5协m)

8380

861

0

8470

3570397034连0

4一3复合材料的硬度

用常压烧结法和热压烧结法在1700℃温

度下烧结时间1小时制备的复合材料维克斯硬度(荷重5kg)如图6所示常压烧结法

复合材料硬度为2000一zZookg/mmZ,热

气曦气

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邹舀厂一一

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碳化硅品体含金

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一O一10%

一O一20%

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一30%

图7Sj3N‘一SIC复合材料在高温中的硬度

招00‘0奋

4一4复合材料的导热性

Lange研究了碳化硅的添加量及

碳化硅

的粒径对SIC一Si3N‘复合材料导热性的影响复合材料的理论热传导率用下面公式表示:

0100:0

1+

Z

V

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k

m

1一km/kd

2km/kd+1

(1700℃It

)互量比SIC/SIC士Si3N

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复合材料的硬度书Y:0。+10拓Al:03\多Y,03+14拓AI:03一热压烧结书Ceo:+10终Al:OJ/5书Y:03+10书5书Ceo:+10多绘吕:)常压、式中:kC一理论热传导率,

V一分

散相体积含是,

kmkd‘基质SIC和S13

N.

在常温下的热

传导率

图8中km

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Cmk

,

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:▲O

△

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氮化硅陶瓷

氮化硅陶瓷


由于氮化硅陶瓷脆性大，而金属材料具有优良的室温强度和延展性， 所以将氮化硅陶瓷和金属材料结合，可以制造出满足要求的复杂构件。
其他氮化物结构陶瓷
氮化铝（AlN）陶瓷 熔点：2450℃
•
AlN陶瓷具有高导热性、高强度、高 Leabharlann 热性；机械性能好，耐腐蚀，透光性强
等； • 可以作为散热片；熔融金属用 坩埚、保护管、耐热转等；
来，晶须补强陶瓷基复合材料也一直是人们研究的热点，并取得了不少积
极的研究成果，其中SiC晶须是复合材料中主要应用的晶须，研究发现
Si3N4经SiC晶须强化可大大提高强度和韧性
层状结构复合增韧
近年来，国内外学者从生物界得到启示：贝壳具有的层状结构可以产 生较大的韧性。目前，国内外已有人开始了层状复合材料的探索性研究。 Sajgalik等研究了不同显微结构或不同组成材料构成的多层Si3N4基复合材 料，发现多层材料的强度及韧性都较单相材料高，并表现出准塑性现象； 郭海制备了高韧性的层状Si3N4基复合材料，主层内加入一定量的SiC晶须， 产生两级增韧效果，层状氮化硅陶瓷的断裂韧性显著提高。
•
特别是作为耐热砖应用时，因其
在特殊气氛中的耐热性能优异，所以 常用作2000℃左右的非氧化性电炉的
AlN陶瓷基板-LED用高热导氮 化铝材料
衬材材料。
氮化硼（BN）陶瓷
氮化硼陶瓷是一种以氮化硼为主的陶瓷。具有优良的电绝缘性、 耐热性、耐腐蚀性。高导热性，能吸收中子，高温润滑性和机械加
工性好，是发展较快，应用较广的一种氮化物陶瓷。
TiN还具有良好的导电性，常用作熔盐电解的电极材料。还具有较
高的超导临界温度，是一种优良的超导材料。
15 16
• 化学稳定性：硅氮共价键结合，键能很高，生成焓很高， 形成稳定的化合物（抗氧化性，抗腐蚀性）
氮化硅陶瓷件的耐腐蚀性能及应用

氮化硅陶瓷件的耐腐蚀性能及应用

氮化硅陶瓷件的耐腐蚀性能及应用氮化硅陶瓷件是一种具有优秀耐腐蚀性能的材料，广泛应用于各个领域。

本文将详细探讨氮化硅陶瓷件的耐腐蚀性能，并介绍其在不同应用中的优势和潜在的应用领域。

首先，我们来了解一下氮化硅陶瓷件的耐腐蚀性能。

氮化硅陶瓷件由氮化硅粉末通过热压烧结工艺制成，具有高硬度、高强度和优异的耐腐蚀性能。

该材料能够在酸、碱等多种腐蚀介质中长时间稳定使用，且具有较高的化学稳定性。

它不会受到氧化作用的影响，并且能够在高温环境下保持稳定的性能。

氮化硅陶瓷件的耐腐蚀性能使其在多个领域有广泛的应用。

首先，它在化工行业中应用广泛，可用于制造耐腐蚀的管道、阀门和储罐等设备。

氮化硅陶瓷件的耐腐蚀性使其能够在与各种化学物质接触的环境中长期使用，有效延长设备的使用寿命。

此外，氮化硅陶瓷件的高硬度和优异的磨损性能还使其适用于制造化工设备的密封件和液压元件，提高设备的密封性和使用寿命。

其次，氮化硅陶瓷件在电子行业中也有广泛应用。

该材料具有优异的绝缘性能和耐高温性能，因此可用于制造高压绝缘件、高温电热元件和半导体器件等。

其耐腐蚀性能使其不易受到电子元件中的化学物质腐蚀，从而保护电子元件的稳定性和可靠性。

同时，氮化硅陶瓷件的高硬度也增强了电子元件的机械强度，提高了元件的使用寿命。

此外，氮化硅陶瓷件还在医疗器械、航空航天、汽车制造等领域得到了广泛的应用。

在医疗器械方面，氮化硅陶瓷件可用于制造人工关节、牙科种植物和医用刀具等。

其耐腐蚀性能和生物相容性使其能够长期与人体组织接触而不引起任何不良反应。

在航空航天领域，氮化硅陶瓷件可用于制造高温引擎部件、导向叶片和磨损件等，因其耐高温性能和抗磨损性能而受到青睐。

在汽车制造领域，氮化硅陶瓷件可用于制造氮气传感器、发动机部件和排气系统等，提高了汽车的性能和可靠性。

总结一下，氮化硅陶瓷件具有优异的耐腐蚀性能，并在许多领域得到了广泛的应用。

其在化工、电子、医疗器械、航空航天、汽车制造等行业中的应用都展现了其独特的优势。

超高温陶瓷材料的研究与应用

超高温陶瓷材料的研究与应用

超高温陶瓷材料的研究与应用近年来，随着人类科学技术的不断发展，超高温陶瓷材料的研究与应用已经越来越受到重视。

超高温陶瓷材料具有很高的耐高温、耐磨损、耐腐蚀性能，以及较好的机械性能等优点，因此在航空航天、国防军工、能源环保等领域具有广泛的应用前景。

一、超高温陶瓷材料的特性超高温陶瓷材料主要是指抗氧化化学和机械性能优异的陶瓷材料，其最高使用温度可达2000℃以上，比其他传统材料如钢、合金等更具有优越的性质。

其主要特性有：1、优异的耐高温性能：超高温陶瓷材料的熔点通常高于2000℃，可以承受几乎所有实验室制备条件下的高温。

2、高硬度、高韧性：它们具有非常高的硬度和韧性，可以耐受极高的压力和重负荷的应力。

3、良好的耐磨损性：超高温陶瓷材料具有非常高的耐磨性，适用于高速、高温和高压环境。

4、强化的耐腐蚀性能：这些材料具有抗腐蚀、抗氧化的特性，可以耐受许多强腐蚀性环境的侵袭。

二、超高温陶瓷材料的结构和分类超高温陶瓷材料的晶体结构通常是二氧化硅(SiO2)的变体，其晶格结构决定了它们的物理和机械性质。

超高温陶瓷材料可根据其组成和结构分为氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化锆陶瓷等。

其中，氮化硅陶瓷和碳化硅陶瓷是比较典型的两种超高温陶瓷材料。

氮化硅陶瓷是由氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)等复合材料组成的。

它具有较高的强度、硬度、高温强度和热震稳定性。

并且，氮化硅陶瓷还具有热导率高、抗腐蚀性能强等特点。

碳化硅陶瓷是由碳化硅(SiC)和氧化铝(Al2O3)等复合材料组成的。

它具有较高的硬度、抗磨损性、耐高温性、抗氧化性、热震稳定性和良好的机械性能等特点。

并且，碳化硅陶瓷还具有较好的热导率、化学稳定性和抗辐射性。

三、超高温陶瓷材料的应用前景超高温陶瓷材料具有优异的特性和多种优良性能的综合应用，因此在航空航天、国防军工、能源环保等领域中存在广泛的应用前景。

1、航空航天领域：超高温陶瓷材料可以应用于机身壁板、发动机燃烧室、导弹底部热结构件等领域，以提高飞行器的使用温度和耐力。

氮化硅陶瓷材料

氮化硅陶瓷材料

氮化硅陶瓷材料Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】摘要氮化硅陶瓷是一种具有广阔发展前景的高温、高强度结构陶瓷，它具有强度高、抗热震稳定性好、疲劳韧性高、室温抗弯强度高、耐磨、抗氧化、耐腐蚀性能好等高性能，已被广泛应用于各行各业。

本文介绍了氮化硅陶瓷的基本性质，综述了氮化硅陶瓷的制备工艺和国内外现代制造业中的应用，并展望了氮化硅陶瓷的发展前景。

Abtract：Silicon nitride ceramic is a broad development prospects of high temperature, high strength structural ceramics, it has high strength, thermal shock stability, high temperature fatigue toughness, high bending strength, wear resistance, oxidation resistance,corrosion resistance and good performance of high performance, has been widely used in all walks of life. This paper introduces thebasic properties of silicon nitride ceramics, reviews the fabricating technique of silicon nitride ceramics at home and abroad and modern manufacturing industry in the application, and looks forward to the development prospect of silicon nitride ceramics.氮化硅陶瓷材料关键词氮化硅陶瓷性能制备工艺应用Key words properties of silicon nitride ceramic preparation process and Application1.前言随着现代科学技术的发展，各种零部件的使用条件愈加苛刻（如高温、强腐蚀等），对新材料的研究和应用提出了更高的要求，传统的金属材料由于自身耐高温、抗腐蚀性能差等弱点已难以满足科技日益发展对材料性能的要求，现亟待开发新材料。