Opis dziewięciu głównych właściwości produktów materiałów z azotku krzemu- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

Dziewięć głównych cech produktu materiałów z azotku krzemu

1. Skład i struktura

Wzór cząsteczkowy azotku krzemu to Si ₃ N ₄ , który jest związkiem wiązań kowalencyjnych. Ceramika azotku krzemu jest materiałem polikrystalicznym, a jej struktura krystaliczna należy do układu heksagonalnego. Ogólnie dzieli się na dwie orientacje kryształów, α i β, z których obie składają się z [SiN ₄ ] ⁴ -tetraedr. β-Si ₃ N ₄ ma wysoką symetrię i małą objętość molową. Jest to faza termodynamicznie stabilna w temperaturze względnej, natomiast α-Si ₃ N ₄ jest stosunkowo łatwy do dynamicznego formowania. W wysokich temperaturach (1400 ℃ ~ 1800 ℃) faza α ulegnie przemianie fazowej, aby stać się typem β. Ta przemiana fazowa jest nieodwracalna, zatem faza α sprzyja spiekaniu.

2. Wygląd

Azotek krzemu otrzymany z różnych faz krystalicznych ma różny wygląd. α-Si ₃ N ₄ jest białą lub szaro-białą luźną wełną lub igłą, a β-"Si ₃ N ₄ ma ciemniejszy kolor i wygląda jak gęsty, ziarnisty wielościan lub krótki pryzmat. Wąsy ceramiki z azotku krzemu są przezroczyste lub półprzezroczyste, a ich wygląd jest szary, niebieskoszary do szaro-czarnego, co zmienia się w zależności od gęstości i stosunku względnego, a także ma inne kolory ze względu na dodatki. Powierzchnia ceramiki z azotku krzemu po polerowaniu ma metaliczny połysk.

3. Gęstość i ciężar właściwy

Teoretyczna gęstość azotku krzemu wynosi 3100±10kg/m ³ . Rzeczywisty zmierzony prawdziwy ciężar właściwy α-Si ₃ N ₄ wynosi 3184kg/m ³ i prawdziwy ciężar właściwy β-Si ₃ N ₄ wynosi 3187 kg/m ³ . Gęstość nasypowa ceramiki z azotku krzemu różni się znacznie w zależności od procesu, na ogół przekracza 80% gęstości teoretycznej, w zakresie od 2200 do 3200 kg/m ³ . Główną przyczyną różnicy gęstości jest porowatość. Porowatość spiekanego azotku krzemu wynosi na ogół około 20%, a gęstość wynosi 2200 do 2600 kg/m ³ , podczas gdy porowatość prasowanego na gorąco azotku krzemu jest poniżej 5%, a gęstość wynosi od 3000 do 3200kg/m ³ W porównaniu z innymi materiałami o podobnych zastosowaniach ma on nie tylko niższą gęstość niż wszystkie stopy wysokotemperaturowe, ale także jedną z najniższych gęstości wśród wysokotemperaturowej ceramiki konstrukcyjnej.

4. Izolacja elektryczna

Ceramikę azotku krzemu można stosować jako materiały izolacyjne wysokotemperaturowe, a wskaźniki ich wydajności zależą głównie od metody syntezy i czystości. Nieazotowany krzem zawarty w materiale, a także zanieczyszczenia takie jak metale alkaliczne, metale ziem alkalicznych, żelazo, tytan, nikiel itp. wprowadzone w procesie przygotowania, pogarszają właściwości elektryczne ceramiki z azotku krzemu. Ogólnie rzecz biorąc, rezystancja właściwa ceramiki z azotku krzemu w suchym ośrodku w temperaturze pokojowej wynosi 1015 ~ 1016 omów, a stała dielektryczna wynosi 9,4 ~ 9,5. W wysokich temperaturach ceramika z azotku krzemu nadal utrzymuje stosunkowo wysoką wartość rezystancji właściwej. Wraz z poprawą warunków procesu azotek krzemu może wejść w szeregi powszechnie stosowanych dielektryków.

V. Właściwości termiczne

Współczynnik rozszerzalności cieplnej spiekanego azotku krzemu jest niski i wynosi 2,53×10-6/℃, a przewodność cieplna wynosi 18,42W/m·K. Ma dobrą odporność na szok termiczny, ustępując jedynie szkłu kwarcowemu i mikrokrystalicznemu. Według raportów eksperymentalnych próbkę spiekano reakcyjnie azotku krzemu o gęstości 2500kg/m ³ został schłodzony od 1200 ℃ do 20 ℃ i nie pękł po tysiącach cykli termicznych. Ceramika z azotku krzemu ma dobrą stabilność termiczną i może być używana przez długi czas w wysokich temperaturach. Temperatura stosowania w atmosferze utleniającej może osiągnąć 1400 ℃, a temperatura użytkowania w atmosferze neutralnej lub redukującej może osiągnąć 1850 ℃.

VI. Właściwości mechaniczne

Azotek krzemu ma wysoką wytrzymałość mechaniczną. Wytrzymałość na zginanie ogólnych produktów prasowanych na gorąco wynosi 500 ~ 700 MPa, a wysoka wytrzymałość może osiągnąć 1000 ~ 1200 MPa; wytrzymałość na zginanie po spiekaniu reakcyjnym wynosi 200 MPa, a wysoka wytrzymałość może osiągnąć 300 ~ 400 MPa. Chociaż wytrzymałość produktów spiekanych reakcyjnie w temperaturze pokojowej nie jest wysoka, jej wytrzymałość nie zmniejsza się w wysokich temperaturach 1200 ~ 1350 ℃. Azotek krzemu ma niskie pełzanie w wysokiej temperaturze. Przykładowo obciążenie spiekanego azotkiem krzemu w temperaturze 1200℃ wynosi 24MPa, a odkształcenie po 1000h wynosi 0,5%.

VII. Współczynnik tarcia i samosmarność

Współczynnik tarcia ceramiki z azotku krzemu jest niewielki, a wzrost współczynnika tarcia jest również niewielki w warunkach wysokiej temperatury i dużych prędkości, co może zapewnić normalne działanie mechanizmu. Jest to wyraźna zaleta ceramiki z azotku krzemu. Gdy ceramika z azotku krzemu zaczyna się zużywać, współczynnik tarcia ślizgowego osiąga wartość od 1,0 do 1,5. Po precyzyjnym szlifowaniu współczynnik tarcia znacznie się zmniejsza i utrzymuje się poniżej 0,5. Dlatego uważa się, że ceramika z azotku krzemu ma właściwości samosmarujące. W przeciwieństwie do grafitu, azotku boru i talku, główną przyczyną samosmarowania jest warstwowa struktura struktury materiału. Pod ciśnieniem powierzchnia cierna ulega lekkiemu rozkładowi, tworząc cienką warstwę powietrza, co zmniejsza opór ślizgowy pomiędzy powierzchniami ciernymi i zwiększa gładkość powierzchni ciernej. W ten sposób im większe tarcie, tym mniejszy opór, a zużycie jest szczególnie małe. Po ciągłym tarciu materiał ma tendencję do stopniowego zwiększania swojego współczynnika tarcia w wyniku zużycia powierzchni lub mięknięcia w wyniku wzrostu temperatury.

VIII. Skrawalność

Ceramikę z azotku krzemu można obrabiać maszynowo, uzyskując pożądany kształt, precyzję i wykończenie powierzchni.

IX. Stabilność chemiczna

Azotek krzemu ma dobre właściwości chemiczne i jest odporny na korozję powodowaną przez wszystkie kwasy nieorganiczne z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego i roztworu wodorotlenku sodu w stężeniu mniejszym niż 25%. Temperatura jego odporności na utlenianie może osiągnąć 1400 ℃, a temperatura użytkowania w atmosferze redukującej może osiągnąć 1870 ℃. Nie zamoczy się metali (szczególnie cieczy aluminiowej), a tym bardziej niemetali.

Z powyższych właściwości fizycznych i chemicznych ceramiki z azotku krzemu można zauważyć, że dobra wydajność ceramiki z azotku krzemu ma szczególną wartość aplikacyjną w środowisku pracy o wysokiej temperaturze, dużej prędkości i silnych mediach korozyjnych często spotykanych w nowoczesnej technologii. Jego wyjątkowymi zaletami są:

Ma następujące punkty:

(1) Wysoka wytrzymałość mechaniczna i twardość zbliżona do korundu. Wytrzymałość na zginanie tłoczonego na gorąco azotku krzemu w temperaturze pokojowej może wynosić nawet 780-980 MPa, niektóre są nawet wyższe niż w przypadku stali stopowej, a wytrzymałość można utrzymać do 1200 ℃ bez degradacji.

(2) Mechaniczne samosmarowanie, niski współczynnik tarcia powierzchniowego, odporność na zużycie, wysoki moduł sprężystości i odporność na wysoką temperaturę.

(3) Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, wysoka przewodność cieplna i dobra odporność na szok termiczny.

(4) Niska gęstość i niski ciężar właściwy.

(5) Odporność na korozję i odporność na utlenianie.

(6) Dobra izolacja elektryczna.