杏彩体育:氮化硅材料的性能特点

　　氮化硅分子式为Si3N4,属于共价键结合的化合物，氮化硅陶瓷属多晶材料，晶体结构属六方晶系，一般分为、两种晶向，均由[SiN4]4-四面体构成，其中- Si3N4对称性较高，摩尔体积较小，在温度上是热力学稳定相，而- Si3N4在动力学上较容易生成，高温（1400℃～1800℃）时，相会发生相变，成为型，这种相变是不可逆的，故相有利于烧结。

　　不同晶相得氮化硅外观是不同的，- Si3N4呈白色或灰白色疏松羊毛状或针状体，- Si3N4则颜色较深，呈致密的颗粒状多面体或短棱柱体，氮化硅晶须是透明或半透明的，氮化硅陶瓷的外观呈灰色、蓝灰到灰黑色，因密度、相比例的不同而异，也有因添加剂呈其他色泽。氮化硅陶瓷表面经抛光后，有金属光泽。

　　氮化硅的理论密度为310010kg/m3，实际测得- Si3N4的线，- Si3N4的线。氮化硅陶瓷的体积密度因工艺而变化较大，一般为理论密度的80%以上，大约在2200～3200 kg/m3之间，气孔率的高低是密度不同的主要原因，反应烧结氮化硅的气孔率一般在20%左右，密度是2200～2600 kg/m3，而热压氮化硅气孔率在5%以下，密度达3000～3200 kg/m3，与用途相近的其他材料比较，不仅密度低于所有高温合金，而且在高温结构陶瓷中也是密度较低的一种。

　　氮化硅陶瓷可做高温绝缘材料，其性能指标的优劣主要取决于合成方式与纯度，材料内未被氮化的游离硅，在制备中带入的碱金属、碱土金属、铁、钛、镍等杂志，均可恶化氮化硅陶瓷的电性能。一般氮化硅陶瓷在室温下、在干燥介质中的比电阻为1015～1016欧姆，介电常数是9.4～9.5，在高温下，氮化硅陶瓷仍保持较高的比电阻值，随着工艺条件的提高，氮化硅可以进入常用电介质行列。

　　烧结氮化硅,其热膨胀系数较低,为2. 53×10- 6/℃,导热率为18.42 W/ m K ,因此它具有优良的抗热震性能,仅次于石英和微晶玻璃,有实验报告说明密度为2500 kg/m3的反应烧结氮化硅试样由1200 ℃冷却至20℃热循环上千次，仍然不破裂，氮化硅陶瓷的热稳定性好，可在高温中长期使用。在氧化气氛中可使用到1400℃，在中性或还原气氛中一直可使用到1850℃。

　　氮化硅具有较高的机械强度，一般热压制品的抗折强度500～700MPa ,高的可达1000～1200MPa;反应烧结后的抗折强度200MPa ,高的可300～400MPa。虽然反应烧结制品的室温强度不高,但在1200～1350℃的高温下,其强度仍不下降。氮化硅的高温蠕变小,例如,反应烧结的氮化硅在1200℃时荷重为24MPa,1000h后其形变为0.5 %。

　　氮化硅陶瓷摩擦系数较小，在高温高速的条件下，摩擦系数提高幅度也较小，因此能保证机构的正常运行，这是它一个突出的优点，氮化硅陶瓷开始对磨时滑动摩擦系数达到1.0至1.5，经精密磨合后，摩擦系数就大大下降，保持在0.5以下，所以氮化硅陶瓷被认为是具有自润滑性的材料。这种自润滑性产生的主要原因，不同于石墨，氮化硼，滑石等在于材料组织的鳞片层状结构。它是在压力作用下，摩擦表面微量分解形成薄薄得气膜，从而使摩擦面之间的滑动阻力减少，摩擦面得光洁度增加。这样越摩擦，阻力越小，磨损量也特别小，而大多数材料在不断摩擦后，因表面磨损或温度升高软化，摩擦系数往往逐渐增大。

　　氮化硅具有优良的化学性能,能耐除氢氟酸以外的所有无机酸和25%以下的氢氧化钠溶液腐蚀。它耐氧化的温度可达1400℃,在还原气氛中最高可使用到1870℃,对金属（特别是AL液）尤其对非金属不润湿。从以上氮化硅陶瓷的物理化学性质可知，氮化硅陶瓷的优异性能对于现代技术经常遇到的高温、高速、强腐蚀介质的工作环境，具有特殊的使用价值。它突出的优点是：

　　（1）机械强度高，硬度接近于刚玉。热压氮化硅的室温抗弯强度可以高达780980MPa，有的甚至更高，能与合金钢相比，而且强度可以一直维持到1200 ℃不下降。

　　（1）在冶金工业上制作坩埚，马弗炉炉膛，燃烧嘴，发热体夹具，铸模，铝业导管，热电偶保护套管，铝电解槽衬里等热工设备上的部件。

　　（2）在机械制作工业制作高速车刀，轴承，金属部件热处理的支承件，转子发动机刮片，燃气轮机的导向叶片和涡轮叶片。

　　（3）在化学工业上用作球阀，泵体，密封环，过滤器，热交换器部件以及固定化触媒载体，燃烧舟，蒸发皿。

　　（4）在半导体、航空、原子能等工业用于制造开关电路基片，薄膜电容器，承高温或温度巨变的电绝缘体，雷达电线罩，导弹尾喷管，原子反应堆中的支承件和隔离件，核裂变物质的载体。

　　参考《应急管理部等多部门关于加强互联网销售危险化学品安全管理的通知 (应急〔2022〕119号)》《互联网信息发布管理规定》