特种陶瓷课件55氮化物陶瓷.ppt

1、5.5 氮化物陶瓷,多数氮化物陶瓷的熔点都比较高，尽管氮化物的种类很多，但可作为材料应用的也是有限的。氮化物陶瓷主要有氮化硅(Si3N4)、氮化铝（AlN）、氮化硼（BN）、氮化钛（TiN）和赛隆陶瓷等。 BN，Si3N4，AlN等在高温下不出现熔融状态，而是直接升华分解。 氮化物陶瓷一般都有非常高的硬度，即使对于硬度很低的六方BN，当其晶体结构转变为立方结构后则具有仅次于金刚石的硬度。,和氧化物相比，氮化物抗氧化能力较差，从而限制了其在空气中的使用。 氮化物的导电性能变化很大，一部分过渡金属氮化物属于间隙相，其晶体结构与原来金属元素的结构是相同的，氮则填隙于金属原子间隙之中，它们都具有金属的

2、导电特性。B、Si、Al元素的氮化物则由于生成共价键晶体结构而成为绝缘体。,一、氮化硅陶瓷（silicon nitride ceramics）,1.基本特性 -Si3N4：低温型，是针状结晶体。 -Si3N4：高温型，是颗粒状结晶体。将高纯硅在1200-1300下氮化，可得到白色或灰白色的 -Si3N4，而在1450左右氮化时，可得到-Si3N4。 -Si3N4在1400-1600下加热，会转变成-Si3N4。1900分解。 Si3N4强度和韧性优于SiC，但抗氧化性和高温强度不及SiC。,2.制备技术 粉末合成：,Si3N4粉末的合成方法,烧结助剂：MgO、Al2O3、Y2O3 烧结方法：常

3、压烧结、气压烧结、热压烧结、反应烧结、热等静压烧结,3. 性能与用途 在Si3N4结构中，氮原子与硅原子间的键力很强，因而，Si3N4具有许多优异性能如耐磨、高硬度、高强度、耐化学腐蚀和很好的高温稳定性等。 氮化硅陶瓷的优异性能对于现代技术经常遇到的高温、高速、强腐蚀介质的工作环境，具有特殊的使用价值。因而使它在许多领域得到应用并有许多潜在的用途。,（1）Si3N4陶瓷材料具有耐高温耐磨性能，在陶瓷发动机中用于制备燃气轮机的转子、定子和涡形管；无水冷陶瓷发动机中，用热压Si3N4做活塞顶盖；用反应烧结Si3N4可做燃烧器，它还可用作柴油机的火花塞、活塞罩顶、汽缸套、副燃烧室以及活塞涡轮组合式航

4、空发动机的零件等。,（2）Si3N4陶瓷材料的化学稳定性很好，耐氢氟酸以外的所有无机酸和某些碱液的腐蚀，也不被铅、铝、锡、银、黄铜、镍等熔融金属合金所浸润与腐蚀。因此它可以被广泛用于化工化学工业上的制备耐蚀耐磨零件，如球阀、密封环、过滤器、热交换器部件、管道、触媒载体等。,(3)Si3N4陶瓷材料具有耐磨性好、强度高、摩擦系数小的特点，弯曲强度比较高，硬度也很高，同时摩擦系数小，具有自润滑性，摩擦系数小(只有0.1)。因此它可以被广泛用于机械工业，如制造轴承、滚珠、滚柱、滚珠座圈、高温螺栓、工模具、柱塞泵、密封材料等。,(4)Si3N4陶瓷材料的高温电阻率比较高(10131014cm)，一方面

5、可以作为较好的绝缘材料；同时还可以用于电子、军事和核工业上，如开关电路基片、薄膜电容器、高温绝缘体、雷达天线罩、导弹喷管、炮筒内衬、核反应堆的支承件等。,(5)此外，Si3N4陶瓷还可用作热机材料、切削工具、高级耐火材料等。,陶瓷刀具,陶瓷刀具工作状态,不同刀具性能比较,氮化硅轴承,氮化硅轴承特点,氮化硅粉,陶瓷涡轮转子与叶片,燃气轮机陶瓷部件,陶瓷的表壳表链,二、氮化硼陶瓷,BN有两种晶型：立方BN和六方BN，在高温高压下六方BN可转变为立方BN。 立方氮化硼(CBN)：其结构和性能与金刚石类似，其硬度仅次于金刚石，化学惰性比金刚石和硬质合金好。CBN的主要用途是：切削刀具、磨具和磨料，可用

6、于切削包括黑色金属在内全部金属和非金属，且可用于精加工。,六方氮化硼(HBN)： 其结构和性能与石墨类似，又称之为白石墨，是良好的高温润滑材料和高温电绝缘材料。 HBN与大多数金属不反应、不润湿，可作为熔化和输送金属的坩锅或管道。 可制造高温结构部件，如火箭燃烧室内衬、宇宙飞船的热屏蔽、磁流体发电机的耐蚀件等。 还可作为高温、高频、高压绝缘的散热部件，半导体封装散热底板，核反应堆中的中子吸收和屏蔽材料。,各种材料的硬度比较,金刚石 立方氮化硼 碳化硼 含钒高速钢 碳化硅 碳化钨 氧化铝 硬质合金 高速钢 水晶 淬火钢,硬度,三、氮化铝陶瓷,基本特性与用途：AlN为六方晶型，密度3.26g/cm3，常压下2450升华分解，莫氏硬度79。最大的特点是导热率高，可达200W/m.K以上，热膨胀系数小，强度高，电绝缘性能好，是理想的基片材料，用作高温结构件和换热器等。 烧结助剂：SiO2、Y2O3、CaO，在氮气中于18001900下烧成，强度200300MPa。,氮化铝基片显微结构,四、赛隆(sialon)陶瓷,是Si3N4与尖晶石AlN.Al2O3的固溶体，晶体结构与b-Si3N4相同，力学性能也与b-Si3N4相似，硬度、强度