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简述氮化硅陶瓷材料的性能特点及技术概况

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简述氮化硅陶瓷材料的性能特点及技术概况

发布日期:2019-06-16 作者: 点击:

先来了解一下氮化硅陶瓷

氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料。它是一种超硬物质,本身具有润滑性,并且耐磨损,为原子晶体;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。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性,人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面,不仅可以提高柴油机质量,节省燃料,而且能够提高热效率。我国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机。


氮化硅陶瓷的生产工艺流程是什么样的呢?

制备氮化硅陶瓷制品的工艺流程一般由原料处理、粉体合成、粉料处理、成形、生坯处理,烧结和陶瓷体处理等环节组成。

氮化硅陶瓷制备工艺的类型主要是按合成、成型和烧结的不同方法和次序区分的。


氮化硅陶瓷成型工艺

陶瓷常用的成型方法有干压、流延以及注射,其中干压成型是应用最广泛的一种成型工艺,也是手机陶瓷背板主流的成型工艺之一,小米MIX系列的陶瓷后盖都是干压成型的。今天,我们就来详细了解一下陶瓷干压成型工艺。


一、干压成型

干压成型又称模压成型,是最常用的成型方法之一。干压成型是将经过造粒后流动性好,颗粒级配合适的粉料,装入金属模腔内,通过压头施加压力,压头在模腔内位移,传递压力,使模腔内粉体颗粒重排变形而被压实,形成具有一定强度和形状的陶瓷素坯。


二、干压成型的工艺原理和影响因素

1. 工艺原理

干压成型的实质是在外力作用下,颗粒在模具内相互靠近,并借助内摩擦力牢固地把各颗粒联系起来,保持一定形状。这种内摩擦力作用在相互靠近的颗粒外围结合剂薄层上。

随着压力增大,坯料将改变外形,相互滑动,间隙减少,逐步加大接触,相互贴紧。由于颗粒进一步靠近,使胶体分子与颗粒间的作用力加强因而坯体具有一定的机械强度。

2。影响因素

影响干压成型的主要因素有:

粉体性质:粒度、粒度分布、流动性、含水率等;

粘结剂和润滑剂的选择;

模具设计;

压制过程中压制力、加压方式、加压速度与保压时间。

综上,如果坯料颗粒级配合适,结合剂使用正确,加压方式合理,干压法也可以得到比较理想的坯体密度。


氮化硅陶瓷烧结工艺

高纯氮化硅粉在1700 C下热压液基本不发生收缩。氮化硅的烧结方 法主要有三种:反应烧结法,常规烧结法和热压烧结法。

它基于反应: 3Si(s)+2N2(g)= Si3N4 (s) 氮化反应的起始温度于1100 , 然后逐渐升温至1420 , 整个过程需要几 C C 天, 由于此反应是放热反应, 因此升温速度要小心控制。一般在低于 1400 的温度下保温所得到的产物是α - 、 β- Si3N4 的混合物,具有15C 30%的气孔率。

优点:不许添加额外的添加剂 特点:高温下材料的强度不会明显降低; 产品尺寸和形状不变,可以制得形状复杂的制品; 要把两个零件焊接时,只需将其连接在一起进行氮化。 反应烧结中,影响产品质量的关键因素是控制反应温度。 三步升温法最后将炉温升至硅的熔点以上,常称为超温氮化。


氮化硅陶瓷的应用

氮化硅陶瓷的应用初期主要用在机械、冶金、化工、航空、半导体等工业上,作某些设备或产品的零部件,取得了很好的预期效果。近年来,随着制造工艺和测试分析技术的发展,氮化硅陶瓷制品的可靠性不断提高,因此应用面在不断扩大。特别值得赞赏的是,正在研制氮化硅陶瓷发动机,并且已经取得了很大的进展,这在科学技术上成为举世瞩目的大事。 

1、在冶金工业上制成坩埚、马弗炉炉膛、燃烧嘴、发热体夹具、铸模、铝液导管、热电偶测温保护套管、铝电解槽衬里等热工设备上的部件。 2、在机械工业上制成高速车刀、轴承、金属部件热处理的支承件、转子发动机刮片、燃气轮机的导向叶片和涡轮叶片等。

3、在化学工业上制成球阀、泵体、密封环、过滤器、热交换器部件、固定化触媒载体、燃烧舟、蒸发皿等。

4、在半导体、航空、原子能等工业上用于制造开关电路基片、薄膜电容器、承受高温或温度剧变的电绝缘体、雷达天线罩、导弹尾喷管、原子反应堆中的支承件和隔离件、核裂变物质的载体等。

5、在医学工程上可以制成人工关节。

6、正在研制的氮化硅质的全陶瓷发动机代替同类型金属发动机。

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