2-氮化硅结构陶瓷资料.ppt

1. 氮化硅的结构及性质 2. 氮化硅粉末的制备 3. 氮化硅的烧结方法 4. 氮化硅的实际应用,氮化硅陶瓷概述,氮化硅的结构,氮化硅晶体结构属六方晶系，一般分两种晶相：α-相和β-相，均由[SiN4]四面体构成在结构上，β-Si3N4对称性较高，摩尔体积较小，在温度上是热力学稳定相而 α-Si3N4在动力学上较容易生成，高温（1400~1800℃）时， α-Si3N4会发生重建相变，转变成β-Si3N4，这种相变是不可逆的，故α相氮化硅有利于烧结α-Si3N4 疏松、羊毛状或针状 β-Si3N4 致密颗粒状或棱柱体 α-Si3N4在1400-1600℃下加热会转变成β-Si3N4（不可逆） 相同点：两者均同六方晶系， [SiN4]四面体共用顶角构成的三维空间网络. 不同点：β-Si3N4 比α-Si3N4 的对称性高；,稳定性高,单晶氮化硅(α-si3n4)纳米线,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氮化硅陶瓷有许多其他材料不可比拟的优良性质它的密度低（理论密度3.1g/cm3）， 机械性能良好，硬度可到9 熔点1900℃，热膨胀系数小（约2.5~3.0×10-6 K-1），导热性能良好，因此具有良好的抗热震性。

氮化硅陶瓷的抗高温蠕变能力强，在空气中负荷软化点在1400℃以上，热稳定性好，可在高温下长期使用氮化硅陶瓷的性质,氮化硅陶瓷的摩擦系数小且具有自润滑性，这是它的一个突出优点氮化硅陶瓷开始对磨时滑动摩擦系数达到1.0~1.5，经精密磨合后，摩擦系数就大大降低，保持在0.5以下，所以氮化硅陶瓷被认为具有自润滑性原因是，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，摩擦面的光洁度增加氮化硅性质小结,由氮和硅两元素人工合成，为共价化合物； 颜色：灰色、白色或灰白色 ； 密度：3.44g/cm3； 硬度：9~9.5 ； 熔点：1900℃ 具有润滑性，耐磨损；除氢氟酸外，不与无机酸反应 ，抗腐蚀能力强，高温抗氧化，抵抗冷热冲击能力强，1000 ℃以上，急剧冷却再急剧加热，不会碎裂Si3N4+12HF═3SiF4↑+4NH3↑,2. 氮化硅粉末的制备,自蔓延高温合成（SHS）法 硅粉直接氮化法 气相沉积法 碳热还原法 自行设计？,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硅粉直接氮化,氧化硅还原氮化,生产中碳过量和氧化硅过量都会引入杂质,气相合成,可制得高纯超细氮化硅粉,SHS（自蔓延反应合成）,自蔓延氮化硅粉通常含量非常高，不利于烧结。

提高相含量的办法是硅粉中加入加入相粉作为晶种，降低燃烧温度（加入稀释剂）等,3. 氮化硅陶瓷的烧结方法,反应烧结法（RS） 热压烧结法（HPS）：19.6MPa以上的压力、1600~1700℃ 常压烧结法（PLS） 气压烧结法（GPS）,热压烧结,热压烧结氮化硅可获得密度和强度高的制品 MgO,BeO,Y2O3,Al2O3,氟化物等,高温高压,质量分数＞90%,高压使传质过程加速,机理：烧结助剂同氮化硅中微量杂质及氮化硅本身反应生产玻璃相晶界，高温下玻璃相融化，在外加压力的作用下共同促进坯体致密化MgO是最先使用的烧结助剂 原理：烧结助剂和Si3N4粉末所含杂质（如SiO2）以及Si3N4本身反应生成液相，通过液相烧结机理促进致密化过程 SiO2+ MgO=Mg SiO3,SiO2+ 2MgO=Mg2SiO4,,熔化润湿Si3N4颗粒， 填充于颗粒之间,,表面张力作用， 颗粒重排,,密度增加，气孔率下降,优点：可获得密度和强度高的制品 缺点：生成效率低，成本高，产品形状简单，后续机加工困难,反应烧结,α和β两相的混合物,氮化反应和烧结同时进行,硅粉的杂质少，粒度小（过200目筛） 素坯成型时根据需要加入临时粘结剂。

密度与成型方法的关系： 等静压＞干压＞浇注或挤压 素坯的初步氮化：1150-1200℃保温1-1.5小时，坯体获得一定的强度 坯体的加工，烧成后体积变化小，尺寸精度保持在0.1% 氮化烧成：加入催化剂促进氮化，如氧化铁、氟化钙等 不需要添加烧结助剂,氮化硅用做高级耐火材料，如与sic结合作SI3N4-SIC耐火材料用于高炉炉身等部位； 如与BN结合作SI3N4-BN材料，用于水平连铸分离环SI3N4-BN系水平连铸分离环是一种细结构陶瓷材料，结构均匀，具有高的机械强度耐热冲击性好，又不会被钢液湿润，符合连珠的工艺要求思考 以下材料利用氮化硅陶瓷哪种特性,4. 氮化硅陶瓷的应用,氮化硅陶瓷可做燃气轮机的燃烧室、机械密封环、输送铝液的电磁泵的管道及阀门、永久性模具、钢水分离环等 氮化硅摩擦系数小的特点特别适合制作为高温轴承使用，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 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，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启动汽车 氮化硅陶瓷还有良好的透微波性能、介电性以及高温强度，作为导弹和飞机的雷达天线罩，可在６个马赫甚至７个马赫的飞行速度下使用。

非氧化物陶瓷散热状况与其他材料对比,。