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氮化硅的（简介，性质，类别，应用）
Release Time：2021-09-02氮化硅的简介
氮化硅 (Si3N4) 是一种非氧化物结构的陶瓷材料，通常为黑色或深灰色，通常经过抛光以提供光滑且具有强烈反光效果的表面外观。因其高抗冲击性和耐热性而广受欢迎，其典型应用包括金属成型、工业磨损情况和熔融金属处理。
氮化硅的性质
一些氮化硅是高度多孔的，因此具有低密度和抗氧化性。如果处理得当，氮化硅可在极高温度下提供良好的硬度、良好的抗蠕变性、高耐磨性、低热膨胀系数、耐化学性、抗氧化性和增加的机械强度
| 氮化硅 (Si3N4) | |||
| 机械性能 | 热性能 | ||
| 抗压/抗压强度 | 600 至 2950 兆帕 | 最高温度 | 1000 至 1330°C |
| 弹性模量 | 140 至 310 吉帕 | 最大热冲击 | 290 至 750°C |
| 抗弯强度 | 130 至 810 兆帕 | 比热容 | 720 至 800 J/kg-K |
| 断裂强度 | 3.1 至 6.2 MPa-m1/2 | 导热系数 | 12 至 31 W/mK |
| 泊松比 | 0.24 - 0.27 | 热膨胀 | 2.5 - 3.2 µm/mK |
| 其他属性 | |||
| 密度 | 2.2 至 3.4 克/立方厘米 | 介电常数 | 8.0 - 10.0 |
| 介电强度 | 18 kV/mm | ||
氮化硅的类别
氮化硅通常通过金属硅和气态氮的化学反应合成。零件通过成熟的方法仔细压制和烧结，从而产生特定的性能，从而定义最终应用。形成方法取决于所需的氮化硅类型。每一种都为所得材料增加了特定的强度。
1.反应键合氮化硅 (RBSN)
加工 RBSN 首先形成一个硅“面团”或压块，它在大约 1450°C 的温度下经历称为氮化的表面硬化过程。与其他类型的氮化硅相比，RBSN 的孔隙率更高（约 25% 的孔隙率）并且在机械性能方面比其他类型的氮化硅差，但相对具有成本效益，可用于窑具等应用。
2.热压氮化硅 (HPSN)
HPSN由细氮化硅粉末和氧化镁熔剂在石墨模具中混合制成，经受高温和高压（通常为1800°C和40MPa）。与 RBSN 相比，它的密度更高，并且具有更好的机械性能。
3.烧结反应键合氮化硅 (SRBSN)
SRBSN是RBSN的升级版。为降低最终产品的孔隙率，将烧结添加剂补充到初始粉末混合物中，然后使其能够在反应结合阶段后进行烧结（在高于 1800°C 的温度和大气压下）。
4.烧结氮化硅 (SSN)
为了制造 SSN，氮化硅在大约 1750°C 下与烧结添加剂（如氧化镁、氧化钇和氧化铝）的组合进行无压烧结，以促进致密化过程。密度达到 98%，强度范围为 600 - 700 MPa 。然而，在致密化过程中会出现高达 20% 的收缩。为了克服这个问题，完全烧结的结构通过精确的金刚石工具处理重新加工，以逐渐研磨多余的材料，直到达到所需的形状和尺寸。然而，由于这些组件本身就很坚韧，因此该过程变得劳动密集且成本高昂。
氮化硅的应用
由于能够承受严酷的热、机械和磨损情况，氮化硅可以生产用于极其苛刻的应用的高质量组件。
1.汽车行业
氮化硅的最大应用是在汽车工业中，尤其是往复式发动机中的各种磨损和燃烧部件，在这些部件中，高温应力普遍存在。在柴油发动机中，氮化硅用于电热塞（以加快启动时间）、预燃室（以减少排放或充当消音器）和涡轮增压器（以减少发动机滞后）。氮化硅还用于凸轮从动件、挺杆垫片、精密轴和轴。
2.轴承
在高温应用中，氮化硅陶瓷球和滚子轴承优于钢。这延长了轴承在更高速度下的寿命，因为它具有更好的耐腐蚀性。与钢相比，其较高的弹性模量表明它具有更高的刚性，因此与接触表面产生平滑的运动和较少的振动。
3.金工
由于其硬度、断裂韧性和抗热震性，氮化硅还用于铸铁、硬钢和镍基合金的金属切削工具。
4.工业应用
另一个应用是处理熔融金属——金属部件通常不适合处理熔融金属。焊接夹具/定位器、喷嘴、气缸壁涂层、涡轮转子、叶片、火箭管道和导弹均采用氮化硅，因为它具有强度、电气特性和抗冲击性。在铝铸造工业中的应用也受益于氮化硅良好的耐腐蚀性、抗热震性和导热性。这些包括加热管、泵内衬、立管和热电偶保护套 。
