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1、第六章氮化物陶瓷氮化物陶瓷种类及性质第一节氮化硅陶瓷Si3N4的晶体结构α-Si3N4（针状）1400~1600℃β-Si3N4（颗粒状）特点：1）β-Si3N4[SiN4]四面体共角顶，六个[SiN4]四面体组成六方环2）α-Si3N4[SiN4]四面体共角顶，有应变，自由能高3）重建式转变2.Si3N4粉末的合成硅粉直接氮化法(α+β)1）氮化机理2）杂质的影响A控制Fe（FeSi）B控制O2及H2OSi+1/2O2→SiO↑,Si+O2→SiO2Si+H2O→SiO↑+H2,Si+2H2O→SiO2+2H2
2、C.H2的影响SiO2+H2→SiO↑+H2O3）其他因素的影响硅粉粒度:氮化最高温度:（1200~1300℃、>1450℃）料层厚度:两次氮化等:SiO2还原氮化法(α)1)反应过程SiO2+C→SiO(g)+COSiO2+CO(g)→SiO(g)+CO2C+CO2→2CO3SiO+2N2+C→Si3N4+3CO2)影响因素N2流速的影响SiO分压的影响氮化温度氮分压的影响硅亚胺分解法气相合成法(CVD)SiCl4+NH3=Si3N4+NH4ClSiH4+NH3=Si3N4+H23.Si3N4制品的制备反应烧结
3、Si3N4控制因素1)硅粉200目、纯度高2)素坯成型3)预氮化1050℃1hr→强度4)素坯加工5)二次氮化烧成温度：气氛：H2/N2=2:95最佳时间：热压烧结Si3N41)外加剂在热压Si3N4中的作用Si3N4+SiO2+金属氧化物+（杂质）→Si3N4+液相AMgOMg2SiO4、MgSiO3B、Y2O3Y10Si7O23N4Y4Si2O7N2黄长石：Y2O3·Si3N4C、CeO2及其它稀土氧化物（Er,Dy,Sc等）D、含Al2O3的复合氧化物Sialon,MgO-Al2O3,Y2O3-Al2O34
4、.Si3N4陶瓷的性质和用途性质(1)强度高(2)高抗热震性α=2.5~3.2×10-6/℃,λ=15~30W/mK(3)化学稳定性(4)耐磨性好Hv>1500kgf/mm2,HRA>85,~90(5)电绝缘性好RR.T>1014Ω·cm,1100℃:2.7×106Ω·cmε:7.2tgδ:0.002(6)比强度大Si3N4的主要用途（1）高温工程部件（2）耐火材料（3）夹具、绝缘材料（4）耐磨、耐蚀材料（5）其他第二节赛隆(Sialon)陶瓷一、Sialon的由来、种类、特性由来及定义种类(Si,Al)(O,N
5、)4,Si6-zAlzOzN8-zz=0~4.2,(Si,M)(O,N)4β’-Sialon（六方晶系）3、性质二、Sialon的制备1.配方设计Sialon是一种宽范围的固溶体，调整固溶体组分比例,可以获得优异性能。Mg-Si-Al-O-N系统Y-Si-Al-O-N系统2.成型3.烧成一、氮化铝的晶体结构及特性六方晶系、纤锌矿结构、晶胞参数：P63mca0:3.114c0:4.974密度：3.26g/cm3性质：灰白色，2450升华分解，导热性好，水解第三节、氮化铝二、原料制备1.氧化铝粉的碳热还原氮化法Al2
6、O3+3C+N2→2AlN+3CO2.铝粉在氮或氨气中直接反应2Al+N2→2AlN2Al+2NH3→2AlN+3H23.铝的卤化物和氨反应AlCl3+NH3→AlN+3HCl4.AlCH3·NH3热分解法5.电弧法铝粉在电弧等离子体中蒸发并与氮气反应生成AlN三、AlN陶瓷的烧结及性能四、AlN陶瓷的用途电子元器件、大规模集成电路高温构件热交换材料熔融金属用坩埚材料等第四节氮化硼一、晶体结构与性能1.六方晶系、立方晶系（高温高压）2.良好的润滑性和导热性（白石墨）3.密度小、熔点高，热膨胀系数小等二、BN粉料制
7、备1.硼砂-氯化铵法Na2B4O7+2NH4Cl+2NH3→4BN+2NaCl+7H2O2.硼酐法B2O3+2NH3→2BN+3H2O三、BN陶瓷的性能与用途六方BN用途1.高温固体润滑剂；2.电子工业：良好的绝缘材料、导热性几乎不随温度变化，对微波辐射穿透性雷达传递窗；3.核工业：中子吸收材料；4.耐火材料、坩埚、高温材料（火箭喷嘴）等；5.场致发光材料；立方BN的性质与用途1.立方BN是人造金刚石的替代品；2.立方BN的合成条件十分苛刻；催化剂压力/GPa温度/℃镁铯锡锂钡氮化锂6.9~9.56.9~8.08
8、.6~9.07.3~8.68.6~8.95.5~9.21300~21001300~19001700~19001300~17001600~17001600~2100立方BN合成条件与催化剂种类人造金刚石立方BN硬度热稳定性元素的化学惰性100800℃小80~90>1400℃大立方BN与人造金刚石性质比较
