文档介绍：非氧化物陶瓷
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非氧化物陶瓷
非氧化物陶瓷,是由金属的碳化物、氮化物、硫化物、硅化物和硼化物等制造的陶瓷总称。
是新型结构材料,,能够在以往氧化物陶瓷和金属材料无法胜任的条件下使用
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非氧化物陶瓷的特点
(4)非氧化物陶瓷易氧化。
原料合成及陶瓷烧结都需要在无氧气氛(通常是氮气、氩气或真空气氛)中进行。烧成陶瓷后在使用过程中,由于具有一定的抗氧化性,而可在较高温度下使用。不同材料具有不同的抗氧化能力,其最高使用温度也依材料而异。在高温下使用发生氧化反应将影响材料的使用寿命。
(2) 发展历史相对比较短。比如50年代发现氮化物陶瓷具有很好的力学、热学和电学性能以后,它才日益受到人们的广泛关注和重视。
(1)非氧化物陶瓷一般是共价键很强、难熔的化合物。
(3)与氧化物陶瓷不同,非氧化物陶瓷的原料在自然界中不存在,需人工合成,然后按照陶瓷工艺来做成各种陶瓷制品。
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氮化硅( Si3N4 )的晶体结构
α- Si3N4 颗粒状晶体
β- Si3N4 长柱状或针状晶体
相同点:两者均同六方晶系, [SiN4]四面体共用顶角构成的三维空间网络.
不同点:β- Si3N4 比α- Si3N4 的对称性高;
α- Si3N4相为低温型, β- Si3N4 为高温型
稳定性高
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α- Si3N4相为低温型, β- Si3N4
α- Si3N4在1400-1600℃下加热会转变成β- Si3N4 ,因而人们曾认为, α- Si3N4 和β- Si3N4相分别为低温和高温两种晶型。
反例:
(1)低于相变温度的反应烧结Si3N4中, α- Si3N4 和β- Si3N4两相几乎同时出现。
(2)又如在另SiCl4-NH3-H2系中加入少量TiCl4,1350-1450 ℃可直接制备出β- Si3N4 ,该系在1150℃生成沉淀,然后于Ar气中1400 ℃热处理6小时,得到的仅为α- Si3N4 。
β- Si3N4可直接生成
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Si3N4陶瓷的制备方法
反应结合氮化硅(RBSN)
热压烧结氮化硅(HPSN)
无压烧结氮化硅(SSN)
反应结合氮化硅的重烧结(PSRBSN)
热等静压烧结氮化硅
共价键很强的化合物,离子扩散系数很低,因此很难烧结
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反应结合氮化硅
氮化反应和烧结同时进行
α和β两相的混合物
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3Si + 2N2 = Si3N4
摩尔体积
(cm3/mol)
体积增加22%,有助于坯体致密化
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反应结合氮化硅工艺的优点
制造形状很复杂的产品,不需要昂贵的机械加工,尺寸精度容易控制;
不需要添加烧结助剂
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反应结合氮化硅工艺的要求
硅粉的杂质少,粒度小(过200目筛)
素坯成型时根据需要加入临时粘结剂。
密度与成型方法的关系:
等静压>干压>浇注或挤压
素坯的初步氮化:1150-1200℃保温1-,坯体获得一定的强度
坯体的加工,烧成后体积变化小,%
氮化烧成:加入催化剂促进氮化,如氧化铁、氟化钙等
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