Beskrivelse av de ni viktigste produktytelsene til silisiumnitridmaterialer

Ni hovedproduktfunksjoner av silisiumnitridmaterialer

1. Sammensetning og struktur

Den molekylære formelen til silisiumnitrid er Si ₃ N ₄ , som er en kovalent bindingsforbindelse. Silisiumnitridkeramikk er polykrystallinske materialer, og deres krystallstruktur tilhører det sekskantede systemet. Generelt delt inn i to krystallorienteringer, α og β, som begge er sammensatt av [SiN ₄ ] ⁴ -tetraeder. β-Si ₃ N ₄ har høy symmetri og et lite molarvolum. Det er en termodynamisk stabil fase ved relativ temperatur, mens α-Si ₃ N ₄ er relativt lett å danne dynamisk. Ved høye temperaturer (1400℃～1800℃) vil α-fasen gjennomgå en faseendring for å bli en β-type. Denne faseendringen er irreversibel, så α-fasen bidrar til sintring.

2. Utseende

Silisiumnitrid oppnådd fra forskjellige krystallfaser har forskjellig utseende. a-Si ₃ N ₄ er hvit eller gråhvit løs ull eller nållignende, og β-"Si ₃ N ₄ er mørkere i fargen og fremstår som tett granulært polyeder eller kort prisme. Whiskers av silisiumnitridkeramikk er gjennomsiktige eller gjennomskinnelige, og utseendet er grått, blågrå til gråsvart, som varierer med tetthet og relative forhold, og presenterer også andre farger på grunn av tilsetningsstoffer. Overflaten på silisiumnitridkeramikk har en metallisk glans etter polering.

3. Tetthet og egenvekt

Den teoretiske tettheten til silisiumnitrid er 3100±10 kg/m ³ . Den faktiske målte sanne egenvekten til α-Si ₃ N ₄ er 3184 kg/m ³ , og den sanne egenvekten til β-Si ₃ N ₄ er 3187 kg/m ³ . Bulkdensiteten til silisiumnitridkeramikk varierer sterkt avhengig av prosessen, generelt mer enn 80 % av den teoretiske tettheten, fra 2200 til 3200 kg/m ³ . Hovedårsaken til tetthetsforskjellen er porøsitet. Porøsiteten til reaksjonssintret silisiumnitrid er vanligvis rundt 20 %, og tettheten er 2200 til 2600 kg/m ³ , mens porøsiteten til varmpresset silisiumnitrid er under 5 %, og tettheten er 3000 til 3200 kg/m ³ Sammenlignet med andre materialer med lignende bruksområder, har den ikke bare lavere tetthet enn alle høytemperaturlegeringer, men også en av de laveste tetthetene blant høytemperaturstrukturkeramikk.

4. Elektrisk isolasjon

Silisiumnitridkeramikk kan brukes som isolasjonsmaterialer med høy temperatur, og ytelsesindikatorene deres avhenger hovedsakelig av syntesemetoden og renheten. Det ikke-nitrerte silisiumet i materialet, samt urenheter som alkalimetaller, jordalkalimetaller, jern, titan, nikkel, etc. som introduseres under fremstillingsprosessen, vil forringe de elektriske egenskapene til silisiumnitridkeramikk. Generelt er den spesifikke motstanden til silisiumnitridkeramikk i det tørre mediet ved romtemperatur 1015 ~ 1016 ohm, og den dielektriske konstanten er 9,4 ~ 9,5. Ved høye temperaturer opprettholder silisiumnitridkeramikk fortsatt en relativt høy spesifikk motstandsverdi. Med forbedringen av prosessforholdene kan silisiumnitrid gå inn i rekkene av vanlige dielektrika.

V. Termiske egenskaper

Den termiske ekspansjonskoeffisienten til sintret silisiumnitrid er lav, som er 2,53×10-6/℃, og den termiske ledningsevnen er 18,42W/m·K. Den har god motstand mot termisk sjokk, nest etter kvarts og mikrokrystallinsk glass. I følge eksperimentelle rapporter, en reaksjonssintret silisiumnitridprøve med en tetthet på 2500 kg/m ³ har blitt avkjølt fra 1200℃ til 20℃, og den har ikke sprukket etter tusenvis av termiske sykluser. Silisiumnitridkeramikk har god termisk stabilitet og kan brukes i lang tid ved høye temperaturer. Brukstemperaturen i en oksiderende atmosfære kan nå 1400 ℃, og brukstemperaturen i en nøytral eller reduserende atmosfære kan nå 1850 ℃.

VI. Mekaniske egenskaper

Silisiumnitrid har høy mekanisk styrke. Bøyestyrken til generelle varmpressede produkter er 500 ~ 700 MPa, og den høye styrken kan nå 1000 ~ 1200 MPa; bøyestyrken etter reaksjonssintring er 200 MPa, og den høye styrken kan nå 300 ~ 400 MPa. Selv om romtemperaturstyrken til reaksjonssintrede produkter ikke er høy, reduseres ikke styrken ved høye temperaturer på 1200 ~ 1350 ℃. Silisiumnitrid har lav kryp ved høy temperatur. For eksempel er belastningen av reaksjonssintret silisiumnitrid ved 1200 ℃ 24MPa, og deformasjonen er 0,5% etter 1000 timer.

VII. Friksjonskoeffisient og selvsmøring

Friksjonskoeffisienten til silisiumnitridkeramikk er liten, og økningen i friksjonskoeffisienten er også liten under høye temperaturer og høyhastighetsforhold, noe som kan sikre normal drift av mekanismen. Dette er en fremtredende fordel med silisiumnitridkeramikk. Når silisiumnitridkeramikk begynner å slites, når glidefriksjonskoeffisienten 1,0 til 1,5. Etter presisjonssliping reduseres friksjonskoeffisienten kraftig og forblir under 0,5. Derfor anses silisiumnitridkeramikk å ha selvsmørende egenskaper. I motsetning til grafitt, bornitrid og talkum, ligger hovedårsaken til denne selvsmøringen i den lagdelte strukturen til materialstrukturen. Under trykk brytes friksjonsflaten litt ned for å danne en tynn luftfilm, noe som reduserer glidemotstanden mellom friksjonsflatene og øker glattheten til friksjonsflaten. På denne måten, jo større friksjon, jo mindre motstand, og slitasjen er spesielt liten. Etter kontinuerlig friksjon har materialet en tendens til gradvis å øke sin friksjonskoeffisient på grunn av overflateslitasje eller mykning på grunn av temperaturøkning.

VIII. Bearbeidbarhet

Silisiumnitridkeramikk kan maskineres til ønsket form, presisjon og overflatefinish.

IX. Kjemisk stabilitet

Silisiumnitrid har gode kjemiske egenskaper og kan motstå korrosjon fra alle uorganiske syrer unntatt flussyre og natriumhydroksidløsning mindre enn 25 %. Dens oksidasjonsmotstandstemperatur kan nå 1400 ℃, og brukstemperaturen i en reduserende atmosfære kan nå 1870 ℃. Det blir ikke vått på metaller (spesielt aluminiumsvæske) og er enda mer på ikke-metaller.

Fra de ovennevnte fysiske og kjemiske egenskapene til silisiumnitridkeramikk, kan det sees at den gode ytelsen til silisiumnitridkeramikk har spesiell bruksverdi for arbeidsmiljøet med høy temperatur, høy hastighet og sterke korrosive medier som ofte oppstår i moderne teknologi. Dens enestående fordeler er:

Den har følgende punkter:

(1) Høy mekanisk styrke og hardhet nær korund. Bøyestyrken ved romtemperatur til varmpresset silisiumnitrid kan være så høy som 780-980 MPa, noen er enda høyere enn legert stål, og styrken kan opprettholdes opp til 1200 ℃ uten nedbrytning.

(2) Mekanisk selvsmøring, lav overflatefriksjonskoeffisient, slitestyrke, høy elastisitetsmodul og motstand mot høye temperaturer.

(3) Lav termisk ekspansjonskoeffisient, høy varmeledningsevne og god termisk sjokkmotstand.

(4) Lav tetthet og lav egenvekt.

(5) Korrosjonsbestandighet og oksidasjonsmotstand.

(6) God elektrisk isolasjon.