特種陶瓷課件55氮化物陶瓷.ppt

1、5.5 氮化物陶瓷,多數(shù)氮化物陶瓷的熔點都比較高，盡管氮化物的種類很多，但可作為材料應(yīng)用的也是有限的。氮化物陶瓷主要有氮化硅(Si3N4)、氮化鋁（AlN）、氮化硼（BN）、氮化鈦（TiN）和賽隆陶瓷等。 BN，Si3N4，AlN等在高溫下不出現(xiàn)熔融狀態(tài)，而是直接升華分解。 氮化物陶瓷一般都有非常高的硬度，即使對于硬度很低的六方BN，當(dāng)其晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎浇Y(jié)構(gòu)后則具有僅次于金剛石的硬度。,和氧化物相比，氮化物抗氧化能力較差，從而限制了其在空氣中的使用。 氮化物的導(dǎo)電性能變化很大，一部分過渡金屬氮化物屬于間隙相，其晶體結(jié)構(gòu)與原來金屬元素的結(jié)構(gòu)是相同的，氮則填隙于金屬原子間隙之中，它們都具有金屬的

2、導(dǎo)電特性。B、Si、Al元素的氮化物則由于生成共價鍵晶體結(jié)構(gòu)而成為絕緣體。,一、氮化硅陶瓷（silicon nitride ceramics）,1.基本特性 -Si3N4：低溫型，是針狀結(jié)晶體。 -Si3N4：高溫型，是顆粒狀結(jié)晶體。將高純硅在1200-1300下氮化，可得到白色或灰白色的 -Si3N4，而在1450左右氮化時，可得到-Si3N4。 -Si3N4在1400-1600下加熱，會轉(zhuǎn)變成-Si3N4。1900分解。 Si3N4強度和韌性優(yōu)于SiC，但抗氧化性和高溫強度不及SiC。,2.制備技術(shù) 粉末合成：,Si3N4粉末的合成方法,燒結(jié)助劑：MgO、Al2O3、Y2O3 燒結(jié)方法：常

3、壓燒結(jié)、氣壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié),3. 性能與用途 在Si3N4結(jié)構(gòu)中，氮原子與硅原子間的鍵力很強，因而，Si3N4具有許多優(yōu)異性能如耐磨、高硬度、高強度、耐化學(xué)腐蝕和很好的高溫穩(wěn)定性等。 氮化硅陶瓷的優(yōu)異性能對于現(xiàn)代技術(shù)經(jīng)常遇到的高溫、高速、強腐蝕介質(zhì)的工作環(huán)境，具有特殊的使用價值。因而使它在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用并有許多潛在的用途。,（1）Si3N4陶瓷材料具有耐高溫耐磨性能，在陶瓷發(fā)動機中用于制備燃氣輪機的轉(zhuǎn)子、定子和渦形管；無水冷陶瓷發(fā)動機中，用熱壓Si3N4做活塞頂蓋；用反應(yīng)燒結(jié)Si3N4可做燃燒器，它還可用作柴油機的火花塞、活塞罩頂、汽缸套、副燃燒室以及活塞渦輪組合式航

4、空發(fā)動機的零件等。,（2）Si3N4陶瓷材料的化學(xué)穩(wěn)定性很好，耐氫氟酸以外的所有無機酸和某些堿液的腐蝕，也不被鉛、鋁、錫、銀、黃銅、鎳等熔融金屬合金所浸潤與腐蝕。因此它可以被廣泛用于化工化學(xué)工業(yè)上的制備耐蝕耐磨零件，如球閥、密封環(huán)、過濾器、熱交換器部件、管道、觸媒載體等。,(3)Si3N4陶瓷材料具有耐磨性好、強度高、摩擦系數(shù)小的特點，彎曲強度比較高，硬度也很高，同時摩擦系數(shù)小，具有自潤滑性，摩擦系數(shù)小(只有0.1)。因此它可以被廣泛用于機械工業(yè)，如制造軸承、滾珠、滾柱、滾珠座圈、高溫螺栓、工模具、柱塞泵、密封材料等。,(4)Si3N4陶瓷材料的高溫電阻率比較高(10131014cm)，一方面

5、可以作為較好的絕緣材料；同時還可以用于電子、軍事和核工業(yè)上，如開關(guān)電路基片、薄膜電容器、高溫絕緣體、雷達天線罩、導(dǎo)彈噴管、炮筒內(nèi)襯、核反應(yīng)堆的支承件等。,(5)此外，Si3N4陶瓷還可用作熱機材料、切削工具、高級耐火材料等。,陶瓷刀具,陶瓷刀具工作狀態(tài),不同刀具性能比較,氮化硅軸承,氮化硅軸承特點,氮化硅粉,陶瓷渦輪轉(zhuǎn)子與葉片,燃氣輪機陶瓷部件,陶瓷的表殼表鏈,二、氮化硼陶瓷,BN有兩種晶型：立方BN和六方BN，在高溫高壓下六方BN可轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎紹N。 立方氮化硼(CBN)：其結(jié)構(gòu)和性能與金剛石類似，其硬度僅次于金剛石，化學(xué)惰性比金剛石和硬質(zhì)合金好。CBN的主要用途是：切削刀具、磨具和磨料，可用

6、于切削包括黑色金屬在內(nèi)全部金屬和非金屬，且可用于精加工。,六方氮化硼(HBN)： 其結(jié)構(gòu)和性能與石墨類似，又稱之為白石墨，是良好的高溫潤滑材料和高溫電絕緣材料。 HBN與大多數(shù)金屬不反應(yīng)、不潤濕，可作為熔化和輸送金屬的坩鍋或管道。 可制造高溫結(jié)構(gòu)部件，如火箭燃燒室內(nèi)襯、宇宙飛船的熱屏蔽、磁流體發(fā)電機的耐蝕件等。 還可作為高溫、高頻、高壓絕緣的散熱部件，半導(dǎo)體封裝散熱底板，核反應(yīng)堆中的中子吸收和屏蔽材料。,各種材料的硬度比較,金剛石 立方氮化硼 碳化硼 含釩高速鋼 碳化硅 碳化鎢 氧化鋁 硬質(zhì)合金 高速鋼 水晶 淬火鋼,硬度,三、氮化鋁陶瓷,基本特性與用途：AlN為六方晶型，密度3.26g/cm3，常壓下2450升華分解，莫氏硬度79。最大的特點是導(dǎo)熱率高，可達200W/m.K以上，熱膨脹系數(shù)小，強度高，電絕緣性能好，是理想的基片材料，用作高溫結(jié)構(gòu)件和換熱器等。 燒結(jié)助劑：SiO2、Y2O3、CaO，在氮氣中于18001900下燒成，強度200300MPa。,氮化鋁基片顯微結(jié)構(gòu),四、賽隆(sialon)陶瓷,是Si3N4與尖晶石AlN.Al2O3的固溶體，晶體結(jié)構(gòu)與b-Si3N4相同，力學(xué)性能也與b-Si3N4相似，硬度、強度