文档介绍：氮化硅陶瓷
绪言
地球上氮和硅的含量非常高
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地壳中硅是继氧后含量第二的元素(%)
自然界中没有氮硅化合物
氮化硅为人工合成的新材料(1857年)
19世纪80年代,人们已经制备出氮化硅块体材料
绪言
二战之后,科学技术发展迅速,原子能、火箭、燃气轮机等高技术领域对材料提出了更高的要求,
迫使人们去寻求比耐热合金更能承受高温、比普通陶瓷更能抵御化学腐蚀的新材料。
氮化硅陶瓷性能优异,激发了人们对它的热情和兴趣。
绪言
高的室温强度和高温强度
高硬度
耐磨蚀性好
抗氧化性高
良好的耐热冲击和机械冲击性能
在高温结构陶瓷领域,氮化硅陶瓷是综合性能最好、最有应用潜力和最有希望替代镍基合金并在高温领域获得广泛应用的新材料。
氮化硅结构
氮化硅与氮和硅通过共价键连接,结构比较复杂,一般认为主要有
-Si3N4,空间群为P63/m,六方晶格常数a=,c=,易形成长柱状结构
-Si3N4,空间群为P31c,六方晶胞常数a=~,c=~,易形成等轴状颗粒结构
氮化硅结构
1400~1600℃加热-Si3N4会转变成-Si3N4。但不能说相是低温晶型, 是高温晶型。
低温合成时两相可同时存在
两种结构除有对称性高低差别外,并没有高低温之分!只不过相对称性低,容易形成, 相在热力学上更稳定!
氮化硅物理化学性质
热学性质:属高温难熔化合物
无熔点,常压下1900℃左右分解,
抗高温蠕变能力强,不含粘结剂的反应烧结氮化硅负荷软化点可高达1800℃多。
热膨胀系数小,(~)×10-6/℃
导热性好-(2~155W/(mK))
-良好的抗热震性能(从室温~1000℃热冲击不会开裂)
氮化硅物理化学性质
电绝缘性-(电阻率:1015~1016·cm)
介电损耗小,抗击穿电压高
(受合成方式、游离Si、烧结助剂引入的杂质等影响)
化学稳定性:硅氮共价键结合,键能很高,生成焓很高-稳定的化合物
(1)抗氧化性
800℃以下干燥气氛中不与氧反应
氮化硅物理化学性质
反应在试样表面生成氧化硅膜,随温度升高氧化硅膜逐渐变得稳定,
到1000℃左右形成致密氧化硅保护层,从而防止氮化硅继续氧化。直到1400℃都基本稳定。
800℃以上开始反应
氮化硅物理化学性质
潮湿空气中,氮化硅受热200℃以上,即可发生表面氧化作用
此反应生成的氧化硅是无定形的,不能形成致密保护膜,这个反应会不断缓慢进行。
另外氧化作用与氮化硅陶瓷的气孔和由添加剂形成的晶界相有很大关系,碱金属杂质会加快氧化反应。
不均匀部分及杂质会使局部氧化加快,形成凹坑,大大降低陶瓷强度。