氮化矽新型功能陶瓷材料

2022-07-07 05:30:05 字數 1317 閱讀 5564

1.1氮化矽陶瓷材料以及其應用背景

自工業革命以來,所有的高溫結構材料為金屬和合金所壟斷。然而,高溫合金的使用溫度(目前達到1100℃)無法滿足當前新技術的需要,於是,具有更高使用溫度潛力的高溫陶瓷材料(可達1400℃)應運而生。當前熱機陶瓷材料正在以空前的規模進行研究和開發,si3n4工程陶瓷是其中最有希望和前途的材料之一。

氮化矽陶瓷材料常被研究作為一種新型的透波材料應用於高超聲速飛行器上,其在強度,耐磨,耐腐蝕等效能上有卓越表現,廣泛用於製造業,航空航天,化工,裝甲等領域。採用適當的燒結助劑可有效提高氮化矽陶瓷材料的熱導率,增加材料斷裂韌性,促進材料效能完善。因其與傳統的結構材料相比,在高溫下仍具有優良的物理效能,故其優異效能成為眾多學者研究的熱點。

1.2氮化矽的結構以及特點

氮化矽的結構單元為sin4四面體,

a)氮化矽四面體b)氮化矽晶胞

類似金剛石的c—c4四面體,si—n間共價健力強。其高溫強度和熱振效能好,可用作700攝氏度以上熱震大場合的絕緣材料和開關電路基片。

1.3氮化矽常見晶體結構及其性質

氮化矽的晶體結構常見的有兩種:α 相與 β 相,均屬於六方晶系。其中β-si3n4結構較為穩定,si3n4在 1300℃時會發生 α→β 相變,常壓高溫直接分解為液態矽和氮氣,分解溫度為 1877℃。

下圖中 a)、b)分別為 β-si3n4與 α-si3n4晶體單胞結構,均由氮化矽四面體構成,二者唯一的區別便是沿 c軸的堆垛順序:α-si3n4的堆垛順序為 abcdab…,β-si3n4的堆垛順序為ababab…,發生相變時,氮化矽四面體以 c 軸垂線為軸心旋轉 180°,從而使堆垛順序發生改變,

a)α—si3n4的單晶結構b)β—si3n4的單晶結構

1.4氮化矽陶瓷材料的研究現狀

距今為止,氮化矽陶瓷材料具有相關文字記載僅逾百年,自 1859 年 deville等人首次成功合成氮化矽開始,氮化矽陶瓷材料的製備及效能研究成為眾多研究團體關注的重點。研究人員分別於 1910 年和 1926 年兩次對矽、氮元素化學計量比最接近於 3:4 的固體「氮化矽」陶瓷材料的效能進行了詳細的測量和評價。

氮化矽與碳化矽同為結構陶瓷,具有相似的化學效能和製備方法,有關其應用的文獻報道最早出現在上世紀 50 年代,氮化矽最初作為碳化矽和氧化物的粘結相應用於耐火材料,隨後用於製造坩堝、熱電偶管、火箭噴嘴等。上世紀 60 年代,隨著對高溫效能(尤其熱震效能)優良的新型材料需求的增加,作為高溫結構發動機的潛在應用材料——氮化矽陶瓷材料的發展速度明顯公升高。自上世紀 70 年代氮化矽陶瓷燃氣輪機專案研發開始,氮化矽陶瓷材料的開發一直以陶瓷與電子工業為主,不斷向其它應用領域擴充套件,其研究方向主要有五個基本分支:

氮化矽基本物理效能、非晶薄膜氮化矽、粉末製備、多孔氮化矽陶瓷材料和緻密氮化矽陶瓷材料。

氮化矽粉體製備方法

方法原料 化學方程式 工藝要點 矽粉中fe o ca等雜質 2 加熱溫度 1400 並注意矽粉粒度與n2的純度 1200 1300 時 si3n4含量高,但產物較為粗大,需後加工,易混入雜質工藝操作較易,si3n4含量較高,顆粒較細節能,產物純度高,合成反應時間短,產物燒結活性高 矽粉直接氮化法 固...

年中國氮化矽陶瓷行業市場分析及投資潛力可行報告

目錄 第一章氮化矽陶瓷市場概述 第一節氮化矽陶瓷市場發展現狀分析 一 同行業市場重要動態及發展方向 二 氮化矽陶瓷相關行業市場發展現狀分析 第二節氮化矽陶瓷市場政策環境分析 一 近年來國家以及 頒布的相關政策法規 二 相關政策法規對市場的影響程度 第三節氮化矽陶瓷市場容量分析 第四節氮化矽陶瓷市場特...

「十三五」重點專案 氮化矽陶瓷專案商業計畫書

編制單位 北京智博睿投資諮詢 商業計畫書,英文名稱為business plan,是公司 企業或專案單位為了達到招商融資和其它發展目標之目的,在經過前期對專案科學地調研 分析 蒐集與整理有關資料的基礎上,根據一定的格式和內容的具體要求而編輯整理的乙個向讀者全面展示公司和專案目前狀況 未來發展潛力的書面...