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氮化硅陶瓷的应用

2025-04-10 19:39:55

氮化硅(VK-SN100,50-100nm)是一种无机物,化学式为Si3N4,不溶于水,分子量140.283,灰色或者灰白色;属高温难溶化合物,无熔点,抗高温蠕变能力强,溶解性除氢氟酸与热磷酸外,它不与其他无机酸反应,抗腐蚀能力强,氮化硅(Si3N4)存在有3种结晶结构,分别是α、β和γ三相。α和β两相是Si3N4最常出现的型式,且可以在常压下制备。γ相只有在高压及高温下,才能合成得到,它的硬度可达到35GPa。

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一,氮化硅(VK-SN100,50-100nm)陶瓷

(一)、氮化硅陶瓷的生产方法:

氮化硅(VK-SN100,50-100nm)陶瓷制品的生产方法有两种,即反应烧结法和热压烧结法。反应烧结法是将硅粉或硅粉与氮化硅粉的混合料按一般陶瓷制品生产方法成型。然后在氮化炉内,在1150~1200℃预氮化,获得一定强度后,可在机床上进行机械加工,接着在1350~1450℃进一步氮化18~36h,直到全部变为氮化硅为止。这样制得的产品尺寸精确,体积稳定。

热压烧结法则是将氮化硅粉与少量添加剂(如MgO、Al2O3、MgF2、AlF3或Fe2O3等),在19.6MPa以上的压力和1600~1700℃条件下压热成型烧结。通常热压烧结法制得的产品比反应烧结制得的产品密度高,性能好。

(二)、氮化硅陶瓷的优势

1.耐热,在常压下,Si3N4没有熔点,于1870℃左右直接分解,可耐氧化到1400℃,实际使用达1200℃(超过1200℃力学强度会下降)。

2.机械强度高,硬度接近于刚玉,有自润滑性耐磨。室温抗弯强度可以高达980MPa以上,能与合金钢相比,而且强度可以一直维持到1200°不下降。

3.热稳定高,热膨胀系数小,导热系数高,抗热震性好,从室温到1000℃热冲击不会开裂

4.化学性质稳定,耐腐蚀,除氢氟酸外不与其他其他无机酸反应,浓度在30%以下烧碱(NaOH)溶液的腐蚀,也能耐很多有机物质的侵蚀,对多种有色金属熔融体(特别是铝液)不润湿,能经受强烈的放射辐照。800℃干燥气氛下不与氧发生反应,超过800℃,开始在表面生成氧化硅膜,随着温度升高氧化硅膜逐渐变稳定,1000℃左右可与氧生成致密氧化硅膜。可保持至1400℃基本稳定。

5.密度低,比重小,仅是钢的2/5,电绝缘性好。

6.氮化硅陶瓷(VK-SN100,50-100nm)还有良好的透微波性能、介电性以及高温强度,可作为飞机的雷达天线罩。

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二、氮化硅陶瓷的应用

1、航空领域

陶瓷氮化硅(VK-SN100,50-100nm)耐热,可在1400℃时仍然有很高的强度、刚度,使用连续纤维增强的增强陶瓷可应用于涡轮部件,特别是小发动机的陶瓷叶片,涡轮外环和空气轴承。此外氮化硅陶瓷比密度小,密度仅为钢轴承的41%,可有效降低飞机发动机重量,减少油耗。

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2、机械工程领域

氮化硅(VK-SN100,50-100nm)陶瓷摩擦系数小,有自润滑性,强度高,热膨胀系数小,体积受温度变化小,有效防止球或密封环卡死,可承受严酷的工作环境,制成球阀、泵体、密封环、过滤器、热交换器部件、固定化触媒载体等。制成轴承滚珠,工作寿命也高于一般轴承,但制作成本也比较高。氮化硅摩擦系数小,用于高温轴承,其工作温度可达1200℃,比普通合金轴承的工作温度提高2.5倍,而工作速度是普通轴承的10倍 。目前氮化硅陶瓷轴承主要用于四个方面:①高速轴承②高温轴承③真空用轴承④腐蚀用轴承。

3、超细研磨领域

氮化硅(VK-SN100,50-100nm)硬度高,硬度仅次于金刚石,立方氮化硼。因其消耗非常低,降低了研磨介质的磨损及对研磨材料的污染,有利于获取更高纯度的超细粉体。氮化硅陶瓷球则是在非氧化环境中高温烧结的精密陶瓷制品,具有耐酸碱、耐腐蚀等特性,不仅可以在海水中长期使用,绝缘性、自润滑性也十分优异,因此可以使用到无润滑介质高污染的环境中。在800℃时,氮化硅陶瓷球强度、硬度几乎不变,重量几乎是轴承钢的1/3的重量,旋转时离心力小,可实现高速运转。由此氮化硅陶瓷球不但能成为陶瓷轴承、混合陶瓷轴承的首选球珠,在超细研磨领域也发挥着重要的作用

4、汽车内燃机材质

目前汽车内燃机耐热部位制造材料为镍基耐热材料,工作温度在1000℃左右。若采用陶瓷材料,则可以将工作温度提高到1300℃,使发动机效率提高30%左右。陶瓷具有较高的高温强度和热传导性,可延长发动机的使用寿命。利用氮化硅陶瓷很好的电绝缘性和耐急冷急热性可以用来做电热塞,氮化硅(VK-SN100,50-100nm)陶瓷电热塞升温至1000℃时间比金属电热塞快、工作温度高,用它进行汽车点火可使发动机起动时间大大缩短,并能在寒冷天气迅速起动汽车。

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