氮化硅陶瓷的性能特點和應用

   氮化硅（Si₃N₄）陶瓷是無機非金屬強共價鍵化合物，其基本結(jié)構(gòu)單元為四面體，硅原子位于四面體的中心，四個氮原子分別位于四面體的四個頂點，然后以每三個四面體共用一個硅原子的形式在三維空間形成連續(xù)而又堅固的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，氮化硅的許多性能都是因為其具有這種特殊的結(jié)構(gòu)。因此Si3N4結(jié)構(gòu)中氮原子與硅原子間結(jié)合力很強，其作為一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，素有陶瓷材料中的“全能冠軍”之稱
氮化硅（Si3N4）含有三種晶型，常見有兩種晶型。一種為α-Si3N4，針狀結(jié)晶體，呈白色或灰白色，另一種為β-Si3N4，顏色較深，呈致密的顆粒狀多面體或短棱柱體。兩者均為六方晶系。
一、氮化硅材料的性能特點
1、氮化硅的物理性能：
①熱學性質(zhì)：屬高溫難熔物質(zhì)，無熔點，常壓下1900℃左右分解，抗高壓蠕變能力強，不含粘結(jié)劑的反應燒結(jié)氮化硅負荷軟化點可高達1800℃；
②導熱性能好；
③熱膨脹系數(shù)小；
④電絕緣性能好，介電系數(shù)小，抗擊穿電壓高。
2、氮化硅的化學性能：
①抗氧化性：800℃以下干燥氣氛中不與氧反應；
②抗熔融金屬腐蝕性：氮化硅對單質(zhì)金屬融液（除銅外）不浸潤，不受腐蝕；
③抗酸堿鹽腐蝕性：易溶于氫氟酸，與稀酸不起作用。
3、氮化硅的機械性能：
①高溫強度好，1200℃高溫強度與室溫強度相比衰減不大，另外，它的高溫蠕變率很低。這些都是由強共價鍵本質(zhì)所決定的；
②硬度高，僅次于金剛石、立方BN、B4C等少數(shù)幾種超硬材料；
③摩擦系數(shù)小，有自潤滑性，與加油的金屬表面相似。
二、氮化硅陶瓷的市場應用簡介
汽車產(chǎn)業(yè)：燒結(jié)氮化硅的主要應用在汽車行業(yè)作為一個發(fā)動機零件材料。 在火花點火發(fā)動機中，氮化硅用于較低磨損的搖臂墊，用于較低慣性的渦輪增壓器和較少的發(fā)動機滯后，以及用于增加加速度的廢氣控制閥。
軸承： 與其他陶瓷相比，氮化硅陶瓷具有良好的抗沖擊性。 因此，在性能軸承中使用由氮化硅陶瓷制成的滾珠軸承。 一個代表性的例子是在美國宇航局航天飛機的主發(fā)動機中使用氮化硅軸承。由于氮化硅球軸承比金屬硬，所以這減少了與軸承軌道的接觸。氮化硅球軸承可以在高端汽車軸承，工業(yè)軸承，風力渦輪機，賽車運動，自行車，溜冰鞋和滑板中找到。
高溫材料：氮化硅長期以來一直用于高溫應用。 特別地，它被確定為能夠存活在氫/氧氣火箭發(fā)動機中產(chǎn)生的嚴重熱沖擊和熱梯度的少數(shù)單片陶瓷材料之一。
醫(yī)療：氮化硅具有許多矯形應用。該材料也是用于脊柱融合裝置的PEEK（聚醚醚酮）和鈦的替代物。 與PEEK和鈦相比，氮化硅的親水，微觀結(jié)構(gòu)表面有助于材料的強度，耐久性和可靠性。
金屬切削刀具：由于其硬度，熱穩(wěn)定性和耐磨性，散裝的整體式氮化硅被用作切割工具的材料。 特別推薦用于鑄鐵的高速加工。 熱硬度，斷裂韌性和耐熱沖擊性意味著燒結(jié)氮化硅可以切割鑄鐵，硬鋼和鎳基合金。
電子產(chǎn)品：通常用作制造集成電路中的絕緣體和化學屏障，以電隔離不同結(jié)構(gòu)或作為體微機械加工中的蝕刻掩模。 作為微芯片的鈍化層，它優(yōu)于二氧化硅，因為它是對水分子和鈉離子的顯著更好的擴散阻擋，微電子學的兩個主要腐蝕源和不穩(wěn)定性。芯銅線電力電纜，每個核心都有獨立的彩色絕緣護套，均包含在外部保護套內(nèi)。在高壓懸掛塔上懸掛絕緣子絕緣子串（圓盤的垂直線）。