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氮化硅材料的合成及应用简介

来源:本站   发布时间:2018-11-21   点击量:125

氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构材料,它是一种超硬物质,本身具有润滑性,并且耐磨损;是一种氮原子与硅原子比例为4:3的共价键化合物,为原子晶体,是一种六方晶体结构;除氢氟酸外,它不与其它无机酸反应,抗腐蚀能力强高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击,在空气中加热到1000℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂。具体到物理性能方面,氮化硅材料具有硬度高、耐磨损、弹性模量大、强度高、耐高温、热膨胀系数小、导热系数大、抗热震性好、密度低、表面摩擦系数小、电绝缘性能好等特点而化学性能方面,它还有耐腐蚀、抗氧化等优点。氮化硅在正常条件下一般认为有两种同素异构体,即α相和β相。α相一个晶胞为Si12N16,而β相一个晶胞为Si6N8。


1、氮化硅的合成

目前世界上研究最多的氮化硅的制备方法主要有碳热还原法、硅粉直接氮化法、卤化硅氨解法以及低氨气压下燃烧合成法、气相反应法等。接下来为大家介绍一下碳热还原法、硅粉直接氮化法和卤化硅氨解法。


2、氮化硅的应用

氮化硅因其优越的力学、化学、电学、光学和热学性质而被广泛地应用。氮化硅的高强热稳、容许高浓度搀杂等特点,使其可来制备在高温、高辐射环境下工作的电学/光学器件;它的高强、抗热冲击且具有极高化学稳定性,使其可作为优良的耐火材料;而它的高强、耐磨等特点,使其可广泛地被用作抗压抗磨损器件等。


传统的氮化硅陶瓷由大颗粒、多相粉体烧结制成,所以其脆性大、均匀性差、可靠性低、韧性和强度很差,在应用上受到了较大限制。纳米氮化硅具有以下特性:极小粒径、大比表面积和较高化学性能,可显著提高氮化硅陶瓷在烧结过程中的致密化程度,降低烧结温度,节能能源;并且可使氮化硅陶瓷的组成结构均匀化,改善材料的性能,提高其使用可靠性;还可以从纳米的层次上控制材料的成分和结构,有利于充分发挥氮化硅陶瓷材料的潜在性能。


因此,利用纳米技术开发的纳米氮化硅陶瓷材料,使得其的强度、韧性和超塑性大幅度提高,克服了其作为工程陶瓷的许多不足,开拓了工程陶瓷应用的新领域。

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