Beschrijving van de negen belangrijkste productprestaties van siliciumnitridematerialen

Negen belangrijke productkenmerken van siliciumnitridematerialen

1. Samenstelling en structuur

De molecuulformule van siliciumnitride is Si ₃ N ₄ , wat een covalente bindingsverbinding is. Siliciumnitride-keramiek is polykristallijne materialen en hun kristalstructuur behoort tot het hexagonale systeem. Over het algemeen verdeeld in twee kristaloriëntaties, α en β, die beide zijn samengesteld uit [SiN ₄ ] ⁴ -tetraëder. β-Si ₃ N ₄ heeft een hoge symmetrie en een klein molair volume. Het is een thermodynamisch stabiele fase bij relatieve temperatuur, terwijl α-Si ₃ N ₄ is relatief eenvoudig dynamisch te vormen. Bij hoge temperaturen (1400℃~1800℃) zal de α-fase een faseverandering ondergaan om een ​​β-type te worden. Deze faseverandering is onomkeerbaar, dus de α-fase is bevorderlijk voor sinteren.

2. Uiterlijk

Siliciumnitride verkregen uit verschillende kristalfasen ziet er verschillend uit. α-Si ₃ N ₄ is wit of grijsachtig wit, losse wol of naaldachtig, en β-"Si ₃ N ₄ is donkerder van kleur en verschijnt als een dicht korrelig veelvlak of een kort prisma. De snorharen van siliciumnitride-keramiek zijn transparant of doorschijnend, en het uiterlijk is grijs, blauwgrijs tot grijszwart, wat varieert met de dichtheid en relatieve verhouding, en ook andere kleuren vertoont als gevolg van additieven. Het oppervlak van siliciumnitride-keramiek heeft na het polijsten een metaalachtige glans.

3. Dichtheid en soortelijk gewicht

De theoretische dichtheid van siliciumnitride is 3100 ± 10 kg/m ³ . Het werkelijk gemeten werkelijke soortelijk gewicht van α-Si ₃ N ₄ bedraagt ​​3184 kg/m ³ , en het werkelijke soortelijk gewicht van β-Si ₃ N ₄ bedraagt ​​3187 kg/m ³ . De bulkdichtheid van siliciumnitride-keramiek varieert sterk, afhankelijk van het proces, doorgaans meer dan 80% van de theoretische dichtheid, variërend van 2200 tot 3200 kg/m ³ . De belangrijkste reden voor het dichtheidsverschil is porositeit. De porositeit van reactiegesinterd siliciumnitride bedraagt ​​doorgaans ongeveer 20% en de dichtheid bedraagt ​​2200 tot 2600 kg/m2. ³ , terwijl de porositeit van heetgeperst siliciumnitride minder dan 5% bedraagt ​​en de dichtheid 3000 tot 3200 kg/m bedraagt ³ Vergeleken met andere materialen met vergelijkbare toepassingen heeft het niet alleen een lagere dichtheid dan alle hoge-temperatuurlegeringen, maar ook een van de lage dichtheid onder structurele keramiek op hoge temperatuur.

4. Elektrische isolatie

Siliciumnitride-keramiek kan worden gebruikt als isolatiemateriaal voor hoge temperaturen, en hun prestatie-indicatoren hangen voornamelijk af van de synthesemethode en zuiverheid. Het niet-nitridevrije silicium in het materiaal, evenals de onzuiverheden zoals alkalimetalen, aardalkalimetalen, ijzer, titanium, nikkel, enz. die tijdens het bereidingsproces worden geïntroduceerd, zullen de elektrische eigenschappen van siliciumnitride-keramiek verslechteren. Over het algemeen is de specifieke weerstand van siliciumnitride-keramiek in het droge medium bij kamertemperatuur 1015 ~ 1016 ohm, en de diëlektrische constante is 9,4 ~ 9,5. Bij hoge temperaturen behoudt keramiek uit siliciumnitride nog steeds een relatief hoge specifieke weerstandswaarde. Met de verbetering van de procesomstandigheden kan siliciumnitride de rangen van veelgebruikte diëlektrica betreden.

V. Thermische eigenschappen

De thermische uitzettingscoëfficiënt van gesinterd siliciumnitride is laag, namelijk 2,53×10-6/℃, en de thermische geleidbaarheid is 18,42W/m·K. Het heeft een goede thermische schokbestendigheid, na kwarts en microkristallijn glas. Volgens experimentele rapporten is een reactiegesinterd siliciumnitridemonster met een dichtheid van 2500 kg/m ³ is afgekoeld van 1200 ℃ naar 20 ℃ en is na duizenden thermische cycli niet gebarsten. Siliciumnitride-keramiek heeft een goede thermische stabiliteit en kan lange tijd bij hoge temperaturen worden gebruikt. De gebruikstemperatuur in een oxiderende atmosfeer kan 1400 ℃ bereiken, en de gebruikstemperatuur in een neutrale of reducerende atmosfeer kan 1850 ℃ bereiken.

VI. Mechanische eigenschappen

Siliciumnitride heeft een hoge mechanische sterkte. De buigsterkte van algemene warmgeperste producten is 500 ~ 700 MPa, en de hoge sterkte kan 1000 ~ 1200 MPa bereiken; de buigsterkte na reactiesinteren is 200 MPa, en de hoge sterkte kan 300 ~ 400 MPa bereiken. Hoewel de sterkte bij kamertemperatuur van reactiegesinterde producten niet hoog is, neemt de sterkte niet af bij hoge temperaturen van 1200 ~ 1350 ℃. Siliciumnitride heeft een lage kruip bij hoge temperaturen. De belasting van reactiegesinterd siliciumnitride bij 1200 ℃ is bijvoorbeeld 24 MPa en de vervorming is 0,5% na 1000 uur.

VII. Wrijvingscoëfficiënt en zelfsmerend vermogen

De wrijvingscoëfficiënt van siliciumnitride-keramiek is klein en de toename van de wrijvingscoëfficiënt is ook klein bij hoge temperaturen en hoge snelheden, wat de normale werking van het mechanisme kan garanderen. Dit is een prominent voordeel van siliciumnitride-keramiek. Wanneer siliciumnitride-keramiek begint te slijten, bereikt de glijdende wrijvingscoëfficiënt 1,0 tot 1,5. Na precisieslijpen wordt de wrijvingscoëfficiënt sterk verminderd en blijft deze onder de 0,5. Daarom wordt aangenomen dat siliciumnitride-keramiek zelfsmerende eigenschappen heeft. In tegenstelling tot grafiet, boornitride en talk ligt de belangrijkste reden voor deze zelfsmering in de gelaagde structuur van de materiaalstructuur. Onder druk wordt het wrijvingsoppervlak enigszins ontleed om een ​​dunne luchtfilm te vormen, waardoor de glijweerstand tussen de wrijvingsoppervlakken wordt verminderd en de gladheid van het wrijvingsoppervlak wordt vergroot. Op deze manier geldt: hoe groter de wrijving, hoe kleiner de weerstand, en de slijtage is bijzonder klein. Na voortdurende wrijving heeft het materiaal de neiging om geleidelijk zijn wrijvingscoëfficiënt te verhogen als gevolg van oppervlakteslijtage of verzachting als gevolg van temperatuurstijging.

VIII. Bewerkbaarheid

Siliciumnitride-keramiek kan worden bewerkt tot de gewenste vorm, precisie en oppervlakteafwerking.

IX. Chemische stabiliteit

Siliciumnitride heeft goede chemische eigenschappen en is bestand tegen corrosie door alle anorganische zuren, behalve fluorwaterstofzuur en natriumhydroxideoplossing van minder dan 25%. De oxidatieweerstandstemperatuur kan 1400 ℃ bereiken, en de gebruikstemperatuur in een reducerende atmosfeer kan 1870 ℃ bereiken. Het wordt niet nat op metalen (vooral aluminiumvloeistof) en nog meer op niet-metalen.

Uit de bovenstaande fysische en chemische eigenschappen van siliciumnitride-keramiek kan worden afgeleid dat de goede prestaties van siliciumnitride-keramiek een speciale toepassingswaarde hebben voor de werkomgeving met hoge temperaturen, hoge snelheden en sterk corrosieve media die vaak voorkomen in de moderne technologie. De opmerkelijke voordelen zijn:

Het heeft de volgende punten:

(1) Hoge mechanische sterkte en hardheid dichtbij korund. De buigsterkte bij kamertemperatuur van heetgeperst siliciumnitride kan oplopen tot 780-980 MPa, sommige zijn zelfs hoger dan gelegeerd staal en de sterkte kan zonder degradatie tot 1200 ℃ worden gehandhaafd.

(2) Mechanische zelfsmering, lage oppervlaktewrijvingscoëfficiënt, slijtvastheid, hoge elastische modulus en weerstand tegen hoge temperaturen.

(3) Lage thermische uitzettingscoëfficiënt, hoge thermische geleidbaarheid en goede thermische schokbestendigheid.

(4) Lage dichtheid en laag soortelijk gewicht.

(5) Corrosieweerstand en oxidatieweerstand.

(6) Goede elektrische isolatie.