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氮化硅陶瓷相关应用

氮化硅陶瓷相关应用

利用Si3N4 重量轻和刚度大的特点,可用来制造滚珠轴承、它比金属轴承具有更高的精度,产生热量少,而且能在较高的温度和腐蚀性介质中操作。用Si3N4 陶瓷制造的蒸汽喷嘴具有耐磨、耐热等特性,用于650℃锅炉几个月后无明显损坏,而其它耐热耐蚀合金钢喷嘴在同样条件下只能使用1 - 2个月.由中科院上海硅酸盐研究所与机电部上海内燃机研究所共同研制的Si3N4 电热塞,解决了柴油发动机冷态起动困难的问题,适用于直喷式或非直喷式柴油机。这种电热塞是当今最先进、最理想的柴油发动机点火装置。日本原子能研究所和三菱重工业公司研制成功了一种新的粗制泵,泵壳内装有由11个Si3N4 陶瓷转盘组成的转子。由于该泵采用热膨胀系数很小的Si3N4 陶瓷转子和精密的空气轴承,从而无需润滑和冷却介质就能正常运转。如果将这种泵与超真空泵如涡轮---分子泵结合起来,就能组成适合于核聚变反应堆或半导体处理设备使用的真空系统。

以上只是Si3N4 陶瓷作为结构材料的几个应用实例,相信随着Si3N4 粉末生产、成型、烧结及加工技术的改进,其性能和可靠性将不断提高,氮化硅陶瓷将获得更加广泛的应用。由于Si3N4 原料纯度的提高,Si3N4 粉末的成型技术和烧结技术的迅速发展,以及应用领域的不断扩大,Si3N4 正在作为工程结构陶瓷,在工业中占据越来越重要的地位。Si3N4 陶瓷具有优异的综合性能和丰富的资源,是一种理想的高温结构材料,具有广阔的应用领域和市场,世界各国都在竞相研究和开发。陶瓷材料具有一般金属材料难以比拟的耐磨、耐蚀、耐高温、抗氧化性、抗热冲击及低比重等特点。可以承受金属或高分子材料难以胜任的严酷工作环境,具有广泛的应用前景。成为继金属材料、高分子材料之后支撑21世纪支柱产业的关键基础材料,并成为最为活跃的研究领域之一,当今世界各国都十分重视它的研究与发展,作为高温结构陶瓷家族中重要成员之一的Si3N4 陶瓷,较其它高温结构陶瓷如氧化物陶瓷、碳化物陶瓷等具有更为优异的机械性能、热学性能及化学稳定性. 因而被认为是高温结构陶瓷中最有应用潜力的材料。

可以预言,随着陶瓷的基础研究和新技术开发的不断进步,特别是复杂件和大型件制备技术的日臻完善,Si3N4 陶瓷材料作为性能优良的工程材料将得到更广泛的应用。

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氮化硅陶瓷造价信息

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氮化硅陶瓷制备方法

Si3N4 陶瓷的制备技术在过去几年发展很快,制备工艺主要集中在反应烧结法、热压烧结法和常压烧结法、气压烧结法等类型. 由于制备工艺不同,各类型氮化硅陶瓷具有不同的微观结构(如孔隙度和孔隙形貌、晶粒形貌、晶间形貌以及晶间第二相含量等)。因而各项性能差别很大 。要得到性能优良的Si3N4 陶瓷材料,首先应制备高质量的Si3N4 粉末. 用不同方法制备的Si3N4 粉质量不完全相同,这就导致了其在用途上的差异,许多陶瓷材料应用的失败,往往归咎于开发者不了解各种陶瓷粉末之间的差别,对其性质认识不足。一般来说,高质量的Si3N4 粉应具有α相含量高,组成均匀,杂质少且在陶瓷中分布均匀,粒径小且粒度分布窄及分散性好等特性。好的Si3N4 粉中α相至少应占90%,这是由于Si3N4 在烧结过程中,部分α相会转变成β相,而没有足够的α相含量,就会降低陶瓷材料的强度。

反应烧结法( RS)

是采用一般成型法,先将硅粉压制成所需形状的生坯,放入氮化炉经预氮化(部分氮化)烧结处理,预氮化后的生坯已具有一定的强度,可以进行各种机械加工(如车、刨、铣、钻). 最后,在硅熔点的温度以上;将生坯再一次进行完全氮化烧结,得到尺寸变化很小的产品(即生坯烧结后,收缩率很小,线收缩率< 011% ). 该产品一般不需研磨加工即可使用。反应烧结法适于制造形状复杂,尺寸精确的零件,成本也低,但氮化时间很长。

热压烧结法( HPS)

是将Si3N4 粉末和少量添加剂(如MgO、Al2O3、MgF2、Fe2O3 等),在1916 MPa以上的压强和1600 ℃以上的温度进行热压成型烧结。英国和美国的一些公司采用的热压烧结Si3N4 陶瓷,其强度高达981MPa以上。烧结时添加物和物相组成对产品性能有很大的影响。由于严格控制晶界相的组成,以及在Si3N4 陶瓷烧结后进行适当的热处理,所以可以获得即使温度高达1300 ℃时强度(可达490MPa以上)也不会明显下降的Si3N4系陶瓷材料,而且抗蠕变性可提高三个数量级。若对Si3N4 陶瓷材料进行1400---1500 ℃高温预氧化处理,则在陶瓷材料表面上形成Si2N2O相,它能显著提高Si3N4 陶瓷的耐氧化性和高温强度。热压烧结法生产的Si3N4 陶瓷的机械性能比反应烧结的Si3N4 要优异,强度高、密度大。但制造成本高、烧结设备复杂,由于烧结体收缩大,使产品的尺寸精度受到一定的限制,难以制造复杂零件,只能制造形状简单的零件制品,工件的机械加工也较困难。

常压烧结法( PLS)

在提高烧结氮气氛压力方面,利用Si3N4 分解温度升高(通常在N2 = 1atm气压下,从1800℃开始分解)的性质,在1700---1800℃温度范围内进行常压烧结后,再在1800---2000℃温度范围内进行气压烧结。该法目的在于采用气压能促进Si3N4 陶瓷组织致密化,从而提高陶瓷的强度.所得产品的性能比热压烧结略低。这种方法的缺点与热压烧结相似。

气压烧结法( GPS)

近几年来,人们对气压烧结进行了大量的研究,获得了很大的进展。气压烧结氮化硅在1 ~10MPa气压下,2000℃左右温度下进行。高的氮气压抑制了氮化硅的高温分解。由于采用高温烧结,在添加较少烧结助剂情况下,也足以促进Si3N4晶粒生长,而获得密度> 99%的含有原位生长的长柱状晶粒高韧性陶瓷. 因此气压烧结无论在实验室还是在生产上都得到越来越大的重视. 气压烧结氮化硅陶瓷具有高韧性、高强度和好的耐磨性,可直接制取接近最终形状的各种复杂形状制品,从而可大幅度降低生产成本和加工费用. 而且其生产工艺接近于硬质合金生产工艺,适用于大规模生产。

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氮化硅陶瓷工艺方法

它是用硅粉作原料,先用通常成型的方法做成所需的形状,在氮气中及1200℃的高温下进行初步氮化,使其中一部分硅粉与氮反应生成氮化硅,这时整个坯体已经具有一定的强度。然后在1350℃~1450℃的高温炉中进行第二次氮化,反应成氮化硅。用热压烧结法可制得达到理论密度99%的氮化硅。

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氮化硅陶瓷相关应用常见问题

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氮化硅陶瓷材料性能

Si3N4 陶瓷材料作为一种优异的高温工程材料,最能发挥优势的是其在高温领域中的应用。Si3N4 今后的发展方向是:⑴充分发挥和利用Si3N4 本身所具有的优异特性;⑵在Si3N4 粉末烧结时,开发一些新的助熔剂,研究和控制现有助熔剂的最佳成分;⑶改善制粉、成型和烧结工艺; ⑷研制Si3N4 与SiC等材料的复合化,以便制取更多的高性能复合材料。Si3N4 陶瓷等在汽车发动机上的应用,为新型高温结构材料的发展开创了新局面。汽车工业本身就是一项集各种科技之大成的多学科性工业,中国是具有悠久历史的文明古国,曾在陶瓷发展史上做出过辉煌的业绩,随着改革开放的进程,有朝一日,中国也必然跻身于世界汽车工业大国之列,为陶瓷事业的发展再创辉煌。

它极耐高温,强度一直可以维持到1200℃的高温而不下降,受热后不会熔成融体,一直到1900℃才会分解,并有惊人的耐化学腐蚀性能,能耐几乎所有的无机酸和30%以下的烧碱溶液,也能耐很多有机酸的腐蚀;同时又是一种高性能电绝缘材料。

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氮化硅陶瓷基本性质

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了。

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氮化硅陶瓷相关应用文献

氮化硅陶瓷结课论文总结 氮化硅陶瓷结课论文总结

氮化硅陶瓷结课论文总结

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页数: 9页

碳材料增韧氮化硅陶瓷 摘要:氮化硅陶瓷由于具有高强度、耐腐蚀、导热性良好等优良的性质被研究 者所关注,但是氮化硅陶瓷也有陶瓷材料的共性: 脆性,这个致命的缺点限制了 氮化硅陶瓷在很多领域的应用。 传统的氮化硅陶瓷增韧方法, 弥散增韧、纤维晶 须增韧、微裂纹增韧等被广泛的研究。 随着科学的发展, 碳材料越来越引起人们 的兴趣,如碳纤维、碳纳米管、富勒烯、石墨烯等,具有良好的韧性,是增韧氮 化硅陶瓷的理想的材料, 特别是近年来石墨烯的发现, 碳材料的应用被拓宽, 石 墨烯的良好的延展性, 抗拉伸性、高导热率等优点, 使得在氮化硅陶瓷增韧方面 具有广阔的应用前景。 关键字: 氮化硅;增韧;碳纳米管;石墨烯 一、氮化硅陶瓷发展 随着现代科学技术的发展, 对新材料的研究和应用不断提出更高的要求, 传 统的金属材料越来越难以满足这种日益发展的要求, 及待开发新型材料。多年来, 研究工作者们进行了不懈的

氮化硅陶瓷结课论文讲解 氮化硅陶瓷结课论文讲解

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碳材料增韧氮化硅陶瓷 摘要:氮化硅陶瓷由于具有高强度、耐腐蚀、导热性良好等优良的性质被研究 者所关注,但是氮化硅陶瓷也有陶瓷材料的共性: 脆性,这个致命的缺点限制了 氮化硅陶瓷在很多领域的应用。 传统的氮化硅陶瓷增韧方法, 弥散增韧、纤维晶 须增韧、微裂纹增韧等被广泛的研究。 随着科学的发展, 碳材料越来越引起人们 的兴趣,如碳纤维、碳纳米管、富勒烯、石墨烯等,具有良好的韧性,是增韧氮 化硅陶瓷的理想的材料, 特别是近年来石墨烯的发现, 碳材料的应用被拓宽, 石 墨烯的良好的延展性, 抗拉伸性、高导热率等优点, 使得在氮化硅陶瓷增韧方面 具有广阔的应用前景。 关键字: 氮化硅;增韧;碳纳米管;石墨烯 一、氮化硅陶瓷发展 随着现代科学技术的发展, 对新材料的研究和应用不断提出更高的要求, 传 统的金属材料越来越难以满足这种日益发展的要求, 及待开发新型材料。多年来, 研究工作者们进行了不懈的

氮化硅陶瓷刀具基本信息

氮化硅陶瓷刀具(Si3N4)

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浅谈氮化硅陶瓷注浆成型工艺

浅谈氮化硅陶瓷注浆成型工艺

氮化硅陶瓷注浆成型:亦称浇注成型,是基于多孔石膏模具能够吸收水分的物理特性,将氮化硅陶瓷粉 料配成具有流动性的泥浆,然后注入多孔模具内(主要为石膏模) ,水分在被模具(石膏) 吸入后便形成了具有一定厚度的均匀泥层,脱水干燥过程中同时形成具有一定强度的坯体, 此种方式被称为注浆成型。

氮化硅陶瓷注浆成型三个阶段:

泥浆注入模具后,在石膏模毛细管力的作用下吸收泥浆中的水,靠近模壁的 泥浆中的水分首先被吸收,泥浆中的颗粒开始靠近,形成最初的薄泥层。

2. 水分进一步被 吸收,其扩散动力为水分的压力差和浓度差,薄泥层逐渐变厚,泥层内部水分向外部扩散, 当泥层厚度达到注件厚度时,就形成雏坯。

3. 石膏模继续吸收水分,雏坯开始收缩,表面 的水分开始蒸发,待雏坯干燥形成具有一定强度的生坯后,脱模即完成注浆成型。

氮化硅陶瓷注浆成型的优点:

(1)适用性强,不需复杂的机械设备,只要简单的石膏模就可成型;

(2)能 制出任意复杂外形和大型薄壁注件;

(3)成型技术容易掌握,生产成本低。

(4)坯体结构均匀。

氮化硅陶瓷注浆成型缺点:

(1)劳动强度大,操作工序多,生产效率低;

(2)生产周期长,石膏模占用场地面积大;

(3)注件含水量高,密度小,收缩大,烧成时容易变形。

(4)模具损耗大。

(5)不适合连续化、 自动化、机械化生产。

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氮化硅陶瓷成型工艺---流延成型

氮化硅陶瓷成型工艺---流延成型

氮化硅陶瓷流延成型:又称带式浇注,刮刀法,一种氮化硅陶瓷陶瓷制品的成型方法,首先把粉碎好的粉料 与有机塑化剂溶液按适当配比混合制成具有一定黏度的料浆, 料浆从容器同流下, 被刮刀以 一定厚度刮压涂敷在专用基带上, 经干燥、 固化后从上剥下成为生坯带的薄膜, 然后根据成 品的尺寸和形状需要对生坯带作冲切、层合等加工处理,制成待烧结的毛坯成品。

氮化硅陶瓷特点:一种氮化硅陶瓷陶瓷基片的专用成型方法,特别适合成型 0.2MM--3MM 厚度的片状陶瓷制品, 生产此类产品具有速度快、 自动化程度高、 效率高、 组织结构均匀、 产品质量好等诸多优势。 6. 印刷成型:将超细粉料、就合剂、润滑剂、溶剂等充分混合,调制成流动性很好的浆 料,在丝网印刷机上漏刷,可印出一层极薄的坯料膜层。该层干燥后,可重复若干次,直至 达到需要的厚度。 也可循环交替印刷坯料膜层和金属电权层, 直至达到要求的层数。 待干透 后进行剪切、焙烧等其他工序。

特点:这种成型工艺简单,产量大,若制作独石电容器时,产品的比电容高。

氮化硅陶瓷流延成型应用:

应用:由于Si3N4陶瓷的优异性能,它已在许多工业领域获得广泛应用。如: 在机械工业中用作涡轮叶片、机械密封环、高温轴承、高速切削工具、永久性模具等;冶金工业中用作坩埚、燃烧嘴、铝电解槽衬里等热工设备上的部件;化学工业中用作耐蚀、耐磨零件包括球阀、泵体、燃烧器、汽化器等;电子工业中用作薄膜电容器、高温绝缘体等;航空航天领域用作雷达天线罩、发动机等;原子能工业中用作原子反应堆中的支承件和隔离件、核裂变物质的载体等。Si3N4陶瓷具有优异的综合性能和丰富的资源,是一种理想的高温结构材料,具有广阔的应用领域和市场,世界各国都在竞相研究和开发。可以预言:随着陶瓷的基础研究和新技术? 开发的不断进步,特别是复杂件和大型件制备技术的日臻完善,Si3N4陶瓷材料作为性能优良的工程材料将得到更广泛的应用。

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