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氮化硅材料的合成及應用簡介

來源:本站   發布時間:2018-11-21   點擊量:1078

氮化硅(Si3N4)是一種重要的結構材料,它是一種超硬物質,本身具有潤滑性,并且耐磨損;是一種氮原子與硅原子比例為4:3的共價鍵化合物,為原子晶體,是一種六方晶體結構;除氫氟酸外,它不與其它無機酸反應,抗腐蝕能力強高溫時抗氧化。而且它還能抵抗冷熱沖擊,在空氣中加熱到1000℃以上,急劇冷卻再急劇加熱,也不會碎裂。具體到物理性能方面,氮化硅材料具有硬度高、耐磨損、彈性模量大、強度高、耐高溫、熱膨脹系數小、導熱系數大、抗熱震性好、密度低、表面摩擦系數小、電絕緣性能好等特點而化學性能方面,它還有耐腐蝕、抗氧化等優點。氮化硅在正常條件下一般認為有兩種同素異構體,即α相和β相。α相一個晶胞為Si12N16,而β相一個晶胞為Si6N8。


1、氮化硅的合成

目前世界上研究最多的氮化硅的制備方法主要有碳熱還原法、硅粉直接氮化法、鹵化硅氨解法以及低氨氣壓下燃燒合成法、氣相反應法等。接下來為大家介紹一下碳熱還原法、硅粉直接氮化法和鹵化硅氨解法。


2、氮化硅的應用

氮化硅因其優越的力學、化學、電學、光學和熱學性質而被廣泛地應用。氮化硅的高強熱穩、容許高濃度攙雜等特點,使其可來制備在高溫、高輻射環境下工作的電學/光學器件;它的高強、抗熱沖擊且具有極高化學穩定性,使其可作為優良的耐火材料;而它的高強、耐磨等特點,使其可廣泛地被用作抗壓抗磨損器件等。


傳統的氮化硅陶瓷由大顆粒、多相粉體燒結制成,所以其脆性大、均勻性差、可靠性低、韌性和強度很差,在應用上受到了較大限制。納米氮化硅具有以下特性:極小粒徑、大比表面積和較高化學性能,可顯著提高氮化硅陶瓷在燒結過程中的致密化程度,降低燒結溫度,節能能源;并且可使氮化硅陶瓷的組成結構均勻化,改善材料的性能,提高其使用可靠性;還可以從納米的層次上控制材料的成分和結構,有利于充分發揮氮化硅陶瓷材料的潛在性能。


因此,利用納米技術開發的納米氮化硅陶瓷材料,使得其的強度、韌性和超塑性大幅度提高,克服了其作為工程陶瓷的許多不足,開拓了工程陶瓷應用的新領域。

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