《氮化硅陶瓷》PPT课件

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1、氮化硅陶瓷绪言地球上氮和硅的含量非常高空气中氮气含量约78.6％地壳中硅是继氧后含量第二的元素（26.09％）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

2、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=0.7608nm，c=0.2910nm,易形成长柱状结构-Si3N4，空间群为P31c,六方晶胞常数a=0.7748~0.7765nm，c=0.5617~0.5622nm，易形成等轴状颗粒结构氮化硅结构1400~1600℃加热-Si3N4会转变成-Si3N

3、4。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，（2.8~3.2）×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～

4、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

5、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。氮化硅物理化学性质（2）抗熔融金属腐蚀性氮化硅对单质金属熔液（Al，Zn，Cd，Au，Ag，Sn，Pb，Bi，Ga，Ge，In）不浸润，不受腐蚀。在真空或惰性气体中不受Cu腐蚀，有氧时氧化铜会与氮化硅反应。Mg、Si能将氮化硅润湿并微量侵蚀过渡元素熔液能强烈润湿氮化硅并与Si反应生成硅化物，迅速分解氮化硅放出氮气氮化

6、硅物理化学性质对于合金熔液氮化硅对黄铜、硬铝、镍银等很稳定，对铸铁、中碳钢等也有较好的抗蚀性，但不耐镍铬合金、不锈钢等腐蚀（3）抗酸碱盐腐蚀性一般的酸碱对氮化硅不起作用（HCl，浓硝酸、王水、磷酸以及温度小于80℃的85％以下的硫酸、25％以下的NaOH溶液）氮化硅物理化学性质氢氟酸对氮化硅腐蚀明显熔融NaOH等熔融碱和熔融盐对氮化硅腐蚀明显晶界性质对抗腐蚀性影响很大对强辐射也是稳定的。氮化硅的力学性能硬度-Si3N4－HV（15～20Gpa）-Si3N4－HV（32～34Gpa）（压痕5~1

7、0微米）莫氏硬度仅次于碳化硅、碳化硼、立方氮化硼和金刚石。氮化硅的力学性能摩擦系数与自润滑性摩擦系数小，在高温高速条件下，升高幅度也较小，因此能保证机构的正常运转。氮化硅陶瓷具有自润滑性－－在压力作用下、摩擦表面微量分解形成薄薄的气膜，从而使摩擦面之间的滑动阻力减小，磨损量也特别小。氮化硅的力学性能机械强度随制备工艺和组织结构的不同而有较大幅度的变动。抗折强度在100～1200Mpa范围波动。断裂韧性较高（3～9Mpa·m1/2）四方氧化锆可达15，铸铁、硬质合金（～30），比氧化铝、碳化硅高。高

8、温强度取决于晶界相。氮化硅的力学性能可机械加工性未烧结的高压力等静压坯（如压力600Mpa）可直接机械加工半烧结的素坯，可以用普通车床加工，再完全烧结。已烧结的陶瓷可以用金刚石砂轮切片，也可以精密研磨，表面粗糙度可达0.025微米（镜状光泽面）；0.006微米（镜面）氮化硅陶瓷的制造方法原料粉的生成方法1）硅粉直接氮化温度低容易生成高相产物，温度高则生成高相产物。有铁可促进反应进行。为放热反应，应注意控制温度，以免超硅熔融阻碍反应进行。氮化硅陶瓷的制造方法2）氧化硅还原氮化生产