A szilícium-nitrid anyagok kilenc fő termékteljesítményének leírása

A szilícium-nitrid anyagok kilenc fő termékjellemzője

1. Összetétel és szerkezet

A szilícium-nitrid molekulaképlete Si ₃ N ₄ , amely kovalens kötés vegyület. A szilícium-nitrid kerámiák polikristályos anyagok, kristályszerkezetük a hatszögrendszerbe tartozik. Általában két kristály orientációra osztják, α és β, amelyek mindkettő [SiN-ből áll. ₄ ] ⁴ -tetraéder. β-Si ₃ N ₄ nagy a szimmetriája és kis moláris térfogata. Relatív hőmérsékleten termodinamikailag stabil fázis, míg az α-Si ₃ N ₄ viszonylag könnyen dinamikusan alakítható. Magas hőmérsékleten (1400 ℃ - 1800 ℃) az α fázis fázisváltozáson megy keresztül, és β típusúvá válik. Ez a fázisváltozás irreverzibilis, így az α fázis alkalmas a szinterelésre.

2. Megjelenés

A különböző kristályfázisokból nyert szilícium-nitrid eltérő megjelenésű. α-Si ₃ N ₄ fehér vagy szürkésfehér laza gyapjú vagy tűszerű, és β-"Si ₃ N ₄ sötétebb színű, és sűrű szemcsés poliédernek vagy rövid prizmának tűnik. A szilícium-nitrid kerámiák borostái átlátszóak vagy áttetszőek, megjelenése szürke, kékesszürkétől szürkésfeketéig terjed, ami a sűrűségtől és a relatív aránytól függően változik, és az adalékanyagok miatt más színeket is felmutat. A szilícium-nitrid kerámia felülete polírozás után fémes fényű.

3. Sűrűség és fajsúly

A szilícium-nitrid elméleti sűrűsége 3100±10 kg/m ³ . Az α-Si tényleges mért valós fajsúlya ₃ N ₄ 3184 kg/m ³ , és a β-Si valós fajsúlya ₃ N ₄ 3187 kg/m ³ . A szilícium-nitrid kerámiák térfogatsűrűsége nagymértékben változik az eljárástól függően, általában az elméleti sűrűség több mint 80%-a, 2200-3200kg/m ³ . A sűrűségkülönbség fő oka a porozitás. A reakcióban szinterezett szilícium-nitrid porozitása általában 20%, sűrűsége pedig 2200-2600 kg/m ³ , míg a melegen sajtolt szilícium-nitrid porozitása 5% alatti, a sűrűsége pedig 3000-3200 kg/m ³ .A többi hasonló felhasználású anyaggal összehasonlítva nemcsak sűrűsége kisebb, mint az összes magas hőmérsékletű ötvözet, hanem az egyik alacsony sűrűségű is a magas hőmérsékletű szerkezeti kerámiák között.

4. Elektromos szigetelés

A szilícium-nitrid kerámiák magas hőmérsékletű szigetelőanyagként használhatók, teljesítménymutatóik elsősorban a szintézis módszerétől és tisztaságától függenek. Az anyagban lévő nitridmentes szilícium, valamint az előállítási folyamat során bekerülő szennyeződések, például alkálifémek, alkáliföldfémek, vas, titán, nikkel stb., rontják a szilícium-nitrid kerámiák elektromos tulajdonságait. Általában a szilícium-nitrid kerámiák fajlagos ellenállása száraz közegben szobahőmérsékleten 1015-1016 ohm, a dielektromos állandó pedig 9,4-9,5. Magas hőmérsékleten a szilícium-nitrid kerámiák még mindig viszonylag magas fajlagos ellenállási értéket tartanak fenn. A folyamat körülményeinek javulásával a szilícium-nitrid az általánosan használt dielektrikumok közé kerülhet.

V. Termikus tulajdonságok

A szinterezett szilícium-nitrid hőtágulási együtthatója alacsony, ami 2,53 × 10-6 / ℃, és a hővezető képessége 18,42 W / m · K. Jó hősokkállósággal rendelkezik, csak a kvarc és a mikrokristályos üveg után. Kísérleti jelentések szerint egy reakciószinterezett szilícium-nitrid minta, amelynek sűrűsége 2500 kg/m ³ 1200 ℃-ról 20 ℃-ra hűtötték, és nem repedt meg több ezer hőciklus után. A szilícium-nitrid kerámiák jó hőstabilitásúak, és hosszú ideig használhatók magas hőmérsékleten. A használati hőmérséklet oxidáló atmoszférában elérheti az 1400 ℃-ot, a semleges vagy redukáló atmoszférában pedig az 1850 ℃-ot.

VI. Mechanikai tulajdonságok

A szilícium-nitrid nagy mechanikai szilárdsággal rendelkezik. Az általános melegen sajtolt termékek hajlítószilárdsága 500 ~ 700 MPa, és a nagy szilárdság elérheti az 1000 ~ 1200 MPa-t; a hajlítási szilárdság a reakció szinterezés után 200 MPa, és a nagy szilárdság elérheti a 300 ~ 400 MPa-t. Bár a reakciószinterezett termékek szobahőmérsékleti szilárdsága nem magas, szilárdsága nem csökken magas, 1200-1350 ℃ hőmérsékleten. A szilícium-nitrid alacsony, magas hőmérsékletű kúszással rendelkezik. Például a reakcióval szinterezett szilícium-nitrid terhelése 1200 ℃-on 24 MPa, és a deformáció 0,5% 1000 óra után.

VII. Súrlódási tényező és önkenőképesség

A szilícium-nitrid kerámiák súrlódási együtthatója kicsi, és a súrlódási együttható növekedése is kicsi magas hőmérsékleten és nagy sebességű körülmények között, ami biztosítja a mechanizmus normál működését. Ez a szilícium-nitrid kerámiák kiemelkedő előnye. Amikor a szilícium-nitrid kerámia elkezd kopni, a csúszó súrlódási együttható eléri az 1,0-1,5 értéket. A precíziós köszörülés után a súrlódási együttható nagymértékben csökken, és 0,5 alatt marad. Ezért a szilícium-nitrid kerámiák önkenő tulajdonságokkal rendelkeznek. A grafittal, bór-nitriddel és talkummal ellentétben ennek az önkenésnek a fő oka az anyagszerkezet réteges szerkezetében rejlik. Nyomás hatására a súrlódó felület enyhén lebomlik és vékony légfilmet képez, ami csökkenti a súrlódó felületek közötti csúszási ellenállást és növeli a súrlódó felület simaságát. Ily módon minél nagyobb a súrlódás, annál kisebb az ellenállás, és különösen kicsi a kopás. Folyamatos súrlódás után az anyag hajlamos fokozatosan növelni a súrlódási együtthatóját a felületi kopás vagy a hőmérséklet-emelkedés miatti lágyulás miatt.

VIII. Megmunkálhatóság

A szilícium-nitrid kerámiák a kívánt formára, pontosságra és felületi minőségre megmunkálhatók.

IX. Kémiai stabilitás

A szilícium-nitrid jó kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, és ellenáll az összes szervetlen sav korróziójának, kivéve a hidrogén-fluoridot és a nátrium-hidroxid oldatot, amely kevesebb, mint 25%. Oxidációs ellenállása elérheti az 1400 ℃-ot, használati hőmérséklete redukáló atmoszférában az 1870 ℃-ot. Nem nedvesedik meg a fémeken (főleg az alumínium folyadékon), és még inkább a nem fémeken.

A szilícium-nitrid kerámiák fenti fizikai és kémiai tulajdonságaiból látható, hogy a szilícium-nitrid kerámiák jó teljesítménye különleges alkalmazási értékkel bír a modern technológiában gyakran előforduló magas hőmérsékletű, nagy sebességű és erős korrozív közegek munkakörnyezetében. Kiemelkedő előnyei a következők:

Ennek a következő pontjai vannak:

(1) A korundhoz közeli nagy mechanikai szilárdság és keménység. A melegen sajtolt szilícium-nitrid szobahőmérsékletű hajlítószilárdsága elérheti a 780-980 MPa-t, némelyikük még az ötvözött acélnál is magasabb, és a szilárdság 1200 ℃-ig tartható romlás nélkül.

(2) Mechanikus önkenés, alacsony felületi súrlódási együttható, kopásállóság, magas rugalmassági modulus és magas hőmérsékleti ellenállás.

(3) Alacsony hőtágulási együttható, magas hővezető képesség és jó hősokkállóság.

(4) Alacsony sűrűség és alacsony fajsúly.

(5) Korrózióállóság és oxidációállóság.

(6) Jó elektromos szigetelés.