Beskrivning av de nio viktigaste produktprestanda för kiselnitridmaterial

Nio viktiga produktegenskaper hos kiselnitridmaterial

1. Sammansättning och struktur

Molekylformeln för kiselnitrid är Si ₃ N ₄ , som är en kovalent bindningsförening. Kiselnitridkeramik är polykristallina material, och deras kristallstruktur tillhör det hexagonala systemet. Generellt uppdelad i två kristallorienteringar, α och β, som båda är sammansatta av [SiN ₄ ] ⁴ -tetraeder. p-Si ₃ N ₄ har hög symmetri och liten molvolym. Det är en termodynamiskt stabil fas vid relativ temperatur, medan α-Si ₃ N ₄ är relativt lätt att forma dynamiskt. Vid höga temperaturer (1400℃～1800℃) kommer α-fasen att genomgå en fasförändring för att bli en β-typ. Denna fasförändring är irreversibel, så a-fasen är gynnsam för sintring.

2. Utseende

Kiselnitrid erhållen från olika kristallfaser har olika utseende. a-Si ₃ N ₄ är vit eller gråvit lösull eller nålliknande och β-"Si ₃ N ₄ är mörkare i färgen och uppträder som tät granulär polyeder eller kort prisma. Morrhåren av kiselnitridkeramik är genomskinliga eller genomskinliga, och utseendet är grått, blågrå till gråsvart, vilket varierar med densitet och relativa förhållande, och uppvisar även andra färger på grund av tillsatser. Ytan på kiselnitridkeramik har en metallisk lyster efter polering.

3. Densitet och specifik vikt

Den teoretiska densiteten för kiselnitrid är 3100±10 kg/m ³ . Den faktiska uppmätta sanna specifika vikten för a-Si ₃ N ₄ är 3184 kg/m ³ och den verkliga specifika vikten av p-Si ₃ N ₄ är 3187 kg/m ³ . Bulkdensiteten för kiselnitridkeramer varierar mycket beroende på processen, i allmänhet mer än 80 % av den teoretiska densiteten, från 2200 till 3200 kg/m ³ . Huvudorsaken till densitetsskillnaden är porositeten. Porositeten för reaktionssintrad kiselnitrid är i allmänhet cirka 20 %, och densiteten är 2200 till 2600 kg/m ³ , medan porositeten för varmpressad kiselnitrid är under 5 %, och densiteten är 3000 till 3200 kg/m ³ .Jämfört med andra material med liknande användningsområden är den inte bara lägre i densitet än alla högtemperaturlegeringar utan också en av de låga i densitet bland högtemperaturstrukturkeramer.

4. Elektrisk isolering

Kiselnitridkeramik kan användas som högtemperaturisoleringsmaterial, och deras prestandaindikatorer beror huvudsakligen på syntesmetoden och renheten. Det unnitrerade fria kiseln i materialet, såväl som föroreningar som alkalimetaller, alkaliska jordartsmetaller, järn, titan, nickel, etc. som introduceras under beredningsprocessen, kommer att försämra de elektriska egenskaperna hos kiselnitridkeramer. I allmänhet är den specifika resistansen för kiselnitridkeramik i det torra mediet vid rumstemperatur 1015 ~ 1016 ohm, och dielektricitetskonstanten är 9,4 ~ 9,5. Vid höga temperaturer håller kiselnitridkeramik fortfarande ett relativt högt specifikt motståndsvärde. Med förbättringen av processförhållandena kan kiselnitrid komma in i raden av vanliga dielektrika.

V. Termiska egenskaper

Den termiska expansionskoefficienten för sintrad kiselnitrid är låg, vilket är 2,53×10-6/℃, och värmeledningsförmågan är 18,42W/m·K. Den har god värmechockbeständighet, näst efter kvarts och mikrokristallint glas. Enligt experimentella rapporter, ett reaktionssintrat kiselnitridprov med en densitet på 2500 kg/m ³ har kylts från 1200 ℃ till 20 ℃, och den har inte spruckit efter tusentals termiska cykler. Kiselnitridkeramik har god termisk stabilitet och kan användas under lång tid vid höga temperaturer. Användningstemperaturen i en oxiderande atmosfär kan nå 1400 ℃, och användningstemperaturen i en neutral eller reducerande atmosfär kan nå 1850 ℃.

VI. Mekaniska egenskaper

Kiselnitrid har hög mekanisk hållfasthet. Böjhållfastheten för allmänna varmpressade produkter är 500 ~ 700 MPa, och den höga hållfastheten kan nå 1000 ~ 1200 MPa; böjhållfastheten efter reaktionssintring är 200 MPa, och den höga hållfastheten kan nå 300 ~ 400 MPa. Även om hållfastheten i rumstemperatur för reaktionssintrade produkter inte är hög, minskar dess styrka inte vid höga temperaturer på 1200 ~ 1350 ℃. Kiselnitrid har låg krypning vid hög temperatur. Till exempel är belastningen av reaktionssintrad kiselnitrid vid 1200 ℃ 24MPa, och deformationen är 0,5% efter 1000 timmar.

VII. Friktionskoefficient och självsmörjande

Friktionskoefficienten för kiselnitridkeramik är liten, och ökningen av friktionskoefficienten är också liten under höga temperaturer och höghastighetsförhållanden, vilket kan säkerställa normal drift av mekanismen. Detta är en framträdande fördel med kiselnitridkeramik. När kiselnitridkeramik börjar slitas når glidfriktionskoefficienten 1,0 till 1,5. Efter precisionsslipning reduceras friktionskoefficienten kraftigt och förblir under 0,5. Därför anses kiselnitridkeramik ha självsmörjande egenskaper. Till skillnad från grafit, bornitrid och talk ligger huvudorsaken till denna självsmörjning i materialstrukturens skiktade struktur. Under tryck sönderdelas friktionsytan något för att bilda en tunn luftfilm, vilket minskar glidmotståndet mellan friktionsytorna och ökar friktionsytans jämnhet. På detta sätt, ju större friktionen är, desto mindre motstånd, och slitaget är särskilt litet. Efter kontinuerlig friktion tenderar materialet att gradvis öka sin friktionskoefficient på grund av ytslitage eller uppmjukning på grund av temperaturökning.

VIII. Bearbetningsbarhet

Kiselnitridkeramik kan bearbetas till önskad form, precision och ytfinish.

IX. Kemisk stabilitet

Kiselnitrid har goda kemiska egenskaper och kan motstå korrosion från alla oorganiska syror utom fluorvätesyra och natriumhydroxidlösning mindre än 25 %. Dess oxidationsbeständighetstemperatur kan nå 1400 ℃, och dess användningstemperatur i en reducerande atmosfär kan nå 1870 ℃. Det blir inte blött på metaller (särskilt aluminiumvätska) och är ännu mer på icke-metaller.

Från ovanstående fysikaliska och kemiska egenskaper hos kiselnitridkeramik kan det ses att den goda prestandan hos kiselnitridkeramik har ett speciellt tillämpningsvärde för arbetsmiljön med hög temperatur, hög hastighet och starka korrosiva medier som ofta påträffas i modern teknik. Dess enastående fördelar är:

Den har följande punkter:

(1) Hög mekanisk hållfasthet och hårdhet nära korund. Böjhållfastheten i rumstemperatur för varmpressad kiselnitrid kan vara så hög som 780-980 MPa, vissa är till och med högre än legerat stål, och hållfastheten kan bibehållas upp till 1200 ℃ utan nedbrytning.

(2) Mekanisk självsmörjning, låg ytfriktionskoefficient, slitstyrka, hög elasticitetsmodul och hög temperaturbeständighet.

(3) Låg värmeutvidgningskoefficient, hög värmeledningsförmåga och bra motstånd mot värmechock.

(4) Låg densitet och låg specifik vikt.

(5) Korrosionsbeständighet och oxidationsbeständighet.

(6) Bra elektrisk isolering.