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浅谈:氮化硅陶瓷与碳化硅陶瓷的区别


发布时间:

2022-04-08

大家都知道氮化硅陶瓷是一种烧结时不收缩的无机材料陶瓷,且强度很高,尤其是热压的氮化硅,是世界上较为坚硬的物质之一,具有强度高,密度低,耐高温等特性。而碳化硅陶瓷是热压烧结、无压烧结、热等静压烧结的材料,其高温强度可一直维持到1600℃,是陶瓷材料中高温强度较好的材料。那两者的区别在哪里呢?下面我们一起来了解一下吧!

氮化硅陶瓷属高温难溶化合物,无熔点,抗高温蠕变能力强,不含粘结剂的反应烧结氮化硅负荷软化点在1800℃以上。氮化硅陶瓷导热率为 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。

氮化硅陶瓷是一种共价键化合物,基本结构单元为[ SiN4 ]四面体,硅原子位于四面体的中心,在其周围有四个氮原子,分别位于四面体的四个顶点,然后以每三个四面体共用一个原子的形式,在三维空间形成连续而又坚固的网络结构。氮化硅的很多性能都归结于此结构。纯Si3N4为3119,有α和β两种晶体结构,均为六角晶形,其分解温度在空气中为1800℃,在011MPa氮中为1850℃。Si3N4 热膨胀系数低、导热率高,故其耐热冲击性极佳。热压烧结的氮化硅加热到l000℃后投入冷水中也不会破裂。在不太高的温度下,Si3N4 具有较高的强度和抗冲击性,但在1200℃以上会随使用时间的增长而出现破损,使其强度降低,在1450℃以上更易出现疲劳损坏,所以Si3N4 的使用温度一般不超过1300℃。由于Si3N4 的理论密度低,比钢和工程超耐热合金钢轻得多,所以,在那些要求材料具有高强度、低密度、耐高温等性质的地方用Si3N4 陶瓷去代替合金钢是再合适不过。

碳化硅俗称金刚砂,又称碳硅石,是一种典型的共价键的化合物,自然界几乎不存在,而碳化硅是共价键很强的化合物,其Si--C键的离子型仅12%左右,因此,它也具有优良的力学性能、优良的抗氧化性、高的抗磨损性以及低的摩擦系数等。碳化硅的最大特点是高温强度高,普通陶瓷材料在1200 ~ 1400摄氏度时强度将显著降低,而碳化硅在1400摄氏度时抗弯强度仍保持在500 ~600MPa的较高水平,因此其工作温度可达1600 ~ 1700摄氏度。碳化硅具有优良的力学性能、优良的抗氧化性、高的抗磨损性以及低的摩擦系数等。碳化硅陶瓷的缺点是断裂韧性较低,即脆性较大,为此,以SiC陶瓷为基的复相陶瓷,如纤维(或晶须)补强、异相颗粒弥散强化、以及梯度功能材料相继出现,改善了单体材料的韧性和强度。

碳化硅陶瓷广泛应用于航空、机械、汽车、冶金、化工、电子等领域。碳化硅可以划分为重结晶碳化硅陶瓷、反应烧结碳化硅陶瓷、无压烧结碳化硅陶瓷、热压烧结碳化硅陶瓷、高温热等静压烧结碳化硅陶瓷以及化学气相沉积碳化硅。各种工艺制备的碳化硅性能有较大的差别,因此可以利用各种不同工艺制造不同性能的碳化硅陶瓷,满足不同需求。