Beskrivelse af de ni vigtigste produktydelser af siliciumnitridmaterialer

Ni vigtigste produktegenskaber af siliciumnitridmaterialer

1. Sammensætning og struktur

Den molekylære formel for siliciumnitrid er Si ₃ N ₄ , som er en kovalent bindingsforbindelse. Siliciumnitridkeramik er polykrystallinske materialer, og deres krystalstruktur tilhører det sekskantede system. Generelt opdelt i to krystalorienteringer, α og β, som begge er sammensat af [SiN ₄ ] ⁴ -tetraeder. p-Si ₃ N ₄ har høj symmetri og et lille molært volumen. Det er en termodynamisk stabil fase ved relativ temperatur, mens α-Si ₃ N ₄ er relativt let at danne dynamisk. Ved høje temperaturer (1400℃～1800℃) vil α-fasen gennemgå en faseændring for at blive en β-type. Denne faseændring er irreversibel, så α-fasen er befordrende for sintring.

2. Udseende

Siliciumnitrid opnået fra forskellige krystalfaser har forskelligt udseende. a-Si ₃ N ₄ er hvid eller grålig hvid løs uld eller nåleagtig, og β-"Si ₃ N ₄ er mørkere i farven og fremstår som tæt granulært polyeder eller kort prisme. Knurhårene af siliciumnitridkeramik er gennemsigtige eller gennemskinnelige, og udseendet er gråt, blågrå til gråsort, hvilket varierer med densitet og relative forhold, og præsenterer også andre farver på grund af tilsætningsstoffer. Overfladen af ​​siliciumnitridkeramik har en metallisk glans efter polering.

3. Massefylde og vægtfylde

Den teoretiske densitet af siliciumnitrid er 3100±10 kg/m ³ . Den faktisk målte sande vægtfylde af α-Si ₃ N ₄ er 3184 kg/m ³ og den sande vægtfylde af β-Si ₃ N ₄ er 3187 kg/m ³ . Bulkdensiteten af ​​siliciumnitridkeramik varierer meget afhængigt af processen, generelt mere end 80% af den teoretiske massefylde, der spænder fra 2200 til 3200 kg/m ³ . Hovedårsagen til densitetsforskellen er porøsitet. Porøsiteten af ​​reaktionssintret siliciumnitrid er generelt omkring 20 %, og densiteten er 2200 til 2600 kg/m ³ , mens porøsiteten af ​​varmpresset siliciumnitrid er under 5 %, og densiteten er 3000 til 3200 kg/m ³ .Sammenlignet med andre materialer med lignende anvendelser er det ikke kun lavere i densitet end alle højtemperaturlegeringer, men også en af ​​de lave i tæthed blandt højtemperaturstrukturkeramik.

4. Elektrisk isolering

Siliciumnitridkeramik kan bruges som højtemperaturisoleringsmaterialer, og deres præstationsindikatorer afhænger hovedsageligt af syntesemetoden og renheden. Det ikke-nitrerede silicium i materialet samt urenheder såsom alkalimetaller, jordalkalimetaller, jern, titanium, nikkel osv., der indføres under fremstillingsprocessen, vil forringe de elektriske egenskaber af siliciumnitridkeramik. Generelt er den specifikke modstand af siliciumnitridkeramik i det tørre medium ved stuetemperatur 1015 ~ 1016 ohm, og den dielektriske konstant er 9,4 ~ 9,5. Ved høje temperaturer opretholder siliciumnitridkeramik stadig en relativt høj specifik modstandsværdi. Med forbedringen af ​​procesbetingelserne kan siliciumnitrid komme ind i rækken af ​​almindeligt anvendte dielektrika.

V. Termiske egenskaber

Den termiske udvidelseskoefficient for sintret siliciumnitrid er lav, hvilket er 2,53×10-6/℃, og den termiske ledningsevne er 18,42W/m·K. Det har god modstand mod termisk stød, kun næst efter kvarts og mikrokrystallinsk glas. Ifølge eksperimentelle rapporter er en reaktionssintret siliciumnitridprøve med en densitet på 2500 kg/m ³ er blevet afkølet fra 1200 ℃ til 20 ℃, og den er ikke revnet efter tusindvis af termiske cyklusser. Siliciumnitridkeramik har god termisk stabilitet og kan bruges i lang tid ved høje temperaturer. Brugstemperaturen i en oxiderende atmosfære kan nå 1400 ℃, og brugstemperaturen i en neutral eller reducerende atmosfære kan nå 1850 ℃.

VI. Mekaniske egenskaber

Siliciumnitrid har høj mekanisk styrke. Bøjningsstyrken af ​​generelle varmpressede produkter er 500 ~ 700 MPa, og den høje styrke kan nå 1000 ~ 1200 MPa; bøjningsstyrken efter reaktionssintring er 200 MPa, og den høje styrke kan nå 300 ~ 400 MPa. Selvom stuetemperaturstyrken af ​​reaktionssintrede produkter ikke er høj, falder dens styrke ikke ved høje temperaturer på 1200 ~ 1350 ℃. Siliciumnitrid har lav krybning ved høj temperatur. For eksempel er belastningen af ​​reaktionssintret siliciumnitrid ved 1200 ℃ 24MPa, og deformationen er 0,5% efter 1000 timer.

VII. Friktionskoefficient og selvsmøring

Friktionskoefficienten for siliciumnitridkeramik er lille, og stigningen i friktionskoefficienten er også lille under høje temperaturer og højhastighedsforhold, hvilket kan sikre normal drift af mekanismen. Dette er en fremtrædende fordel ved siliciumnitridkeramik. Når siliciumnitridkeramik begynder at blive slidt, når glidefriktionskoefficienten 1,0 til 1,5. Efter præcisionsslibning reduceres friktionskoefficienten kraftigt og forbliver under 0,5. Derfor anses siliciumnitridkeramik for at have selvsmørende egenskaber. I modsætning til grafit, bornitrid og talkum ligger hovedårsagen til denne selvsmøring i den lagdelte struktur af materialestrukturen. Under tryk nedbrydes friktionsoverfladen let til en tynd luftfilm, som reducerer glidemodstanden mellem friktionsfladerne og øger glatheden af ​​friktionsoverfladen. På denne måde er modstanden mindre, jo større friktionen er, og sliddet er særligt lille. Efter kontinuerlig friktion har materialet en tendens til gradvist at øge sin friktionskoefficient på grund af overfladeslid eller blødgøring på grund af temperaturstigning.

VIII. Bearbejdelighed

Siliciumnitridkeramik kan bearbejdes til den ønskede form, præcision og overfladefinish.

IX. Kemisk stabilitet

Siliciumnitrid har gode kemiske egenskaber og kan modstå korrosion fra alle uorganiske syrer undtagen flussyre og natriumhydroxidopløsning mindre end 25 %. Dens oxidationsmodstandstemperatur kan nå 1400 ℃, og dens brugstemperatur i en reducerende atmosfære kan nå 1870 ℃. Det bliver ikke vådt på metaller (især aluminiumsvæske) og er endnu mere på ikke-metaller.

Fra ovennævnte fysiske og kemiske egenskaber af siliciumnitridkeramik kan det ses, at den gode ydeevne af siliciumnitridkeramik har særlig anvendelsesværdi for arbejdsmiljøet med høj temperatur, høj hastighed og stærke korrosive medier, der ofte stødes på i moderne teknologi. Dens enestående fordele er:

Den har følgende punkter:

(1) Høj mekanisk styrke og hårdhed tæt på korund. Bøjningsstyrken ved stuetemperatur af varmpresset siliciumnitrid kan være så høj som 780-980 MPa, nogle er endda højere end legeret stål, og styrken kan opretholdes op til 1200 ℃ uden nedbrydning.

(2) Mekanisk selvsmøring, lav overfladefriktionskoefficient, slidstyrke, høj elasticitetsmodul og høj temperaturbestandighed.

(3) Lav termisk udvidelseskoefficient, høj termisk ledningsevne og god termisk stødmodstand.

(4) Lav massefylde og lav vægtfylde.

(5) Korrosionsbestandighed og oxidationsbestandighed.

(6) God elektrisk isolering.