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氮化硅的（簡介，性質，類別，應用）
Release Time：2021-09-02氮化硅的簡介
氮化硅 (Si3N4) 是一種非氧化物結構的陶瓷材料，通常為黑色或深灰色，通常經過拋光以提供光滑且具有強烈反光效果的表面外觀。因其高抗沖擊性和耐熱性而廣受歡迎，其典型應用包括金屬成型、工業磨損情況和熔融金屬處理。
氮化硅的性質
一些氮化硅是高度多孔的，因此具有低密度和抗氧化性。如果處理得當，氮化硅可在極高溫度下提供良好的硬度、良好的抗蠕變性、高耐磨性、低熱膨脹系數、耐化學性、抗氧化性和增加的機械強度
| 氮化硅 (Si3N4) | |||
| 機械性能 | 熱性能 | ||
| 抗壓/抗壓強度 | 600 至 2950 兆帕 | 最高溫度 | 1000 至 1330°C |
| 彈性模量 | 140 至 310 吉帕 | 最大熱沖擊 | 290 至 750°C |
| 抗彎強度 | 130 至 810 兆帕 | 比熱容 | 720 至 800 J/kg-K |
| 斷裂強度 | 3.1 至 6.2 MPa-m1/2 | 導熱系數 | 12 至 31 W/mK |
| 泊松比 | 0.24 - 0.27 | 熱膨脹 | 2.5 - 3.2 µm/mK |
| 其他屬性 | |||
| 密度 | 2.2 至 3.4 克/立方厘米 | 介電常數 | 8.0 - 10.0 |
| 介電強度 | 18 kV/mm | ||
氮化硅的類別
氮化硅通常通過金屬硅和氣態氮的化學反應合成。零件通過成熟的方法仔細壓制和燒結，從而產生特定的性能，從而定義最終應用。形成方法取決于所需的氮化硅類型。每一種都為所得材料增加了特定的強度。
1.反應鍵合氮化硅 (RBSN)
加工 RBSN 首先形成一個硅“面團”或壓塊，它在大約 1450°C 的溫度下經歷稱為氮化的表面硬化過程。與其他類型的氮化硅相比，RBSN 的孔隙率更高（約 25% 的孔隙率）并且在機械性能方面比其他類型的氮化硅差，但相對具有成本效益，可用于窯具等應用。
2.熱壓氮化硅 (HPSN)
HPSN由細氮化硅粉末和氧化鎂熔劑在石墨模具中混合制成，經受高溫和高壓（通常為1800°C和40MPa）。與 RBSN 相比，它的密度更高，并且具有更好的機械性能。
3.燒結反應鍵合氮化硅 (SRBSN)
SRBSN是RBSN的升級版。為降低最終產品的孔隙率，將燒結添加劑補充到初始粉末混合物中，然后使其能夠在反應結合階段后進行燒結（在高于 1800°C 的溫度和大氣壓下）。
4.燒結氮化硅 (SSN)
為了制造 SSN，氮化硅在大約 1750°C 下與燒結添加劑（如氧化鎂、氧化釔和氧化鋁）的組合進行無壓燒結，以促進致密化過程。密度達到 98%，強度范圍為 600 - 700 MPa 。然而，在致密化過程中會出現高達 20% 的收縮。為了克服這個問題，完全燒結的結構通過精確的金剛石工具處理重新加工，以逐漸研磨多余的材料，直到達到所需的形狀和尺寸。然而，由于這些組件本身就很堅韌，因此該過程變得勞動密集且成本高昂。
氮化硅的應用
由于能夠承受嚴酷的熱、機械和磨損情況，氮化硅可以生產用于極其苛刻的應用的高質量組件。
1.汽車行業
氮化硅的最大應用是在汽車工業中，尤其是往復式發動機中的各種磨損和燃燒部件，在這些部件中，高溫應力普遍存在。在柴油發動機中，氮化硅用于電熱塞（以加快啟動時間）、預燃室（以減少排放或充當消音器）和渦輪增壓器（以減少發動機滯后）。氮化硅還用于凸輪從動件、挺桿墊片、精密軸和軸。
2.軸承
在高溫應用中，氮化硅陶瓷球和滾子軸承優于鋼。這延長了軸承在更高速度下的壽命，因為它具有更好的耐腐蝕性。與鋼相比，其較高的彈性模量表明它具有更高的剛性，因此與接觸表面產生平滑的運動和較少的振動。
3.金工
由于其硬度、斷裂韌性和抗熱震性，氮化硅還用于鑄鐵、硬鋼和鎳基合金的金屬切削工具。
4.工業應用
另一個應用是處理熔融金屬——金屬部件通常不適合處理熔融金屬。焊接夾具/定位器、噴嘴、氣缸壁涂層、渦輪轉子、葉片、火箭管道和導彈均采用氮化硅，因為它具有強度、電氣特性和抗沖擊性。在鋁鑄造工業中的應用也受益于氮化硅良好的耐腐蝕性、抗熱震性和導熱性。這些包括加熱管、泵內襯、立管和熱電偶保護套 。
