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淺談：氮化硅陶瓷與碳化硅陶瓷的區別

發(fā)布時(shí)間：

2022-04-08

大家都知道氮化硅陶瓷是一種燒結時(shí)不收縮的無(wú)機材料陶瓷，且強度很高，尤其是熱壓的氮化硅，是世界上較為堅硬的物質(zhì)之一，具有強度高，密度低，耐高溫等特性。而碳化硅陶瓷是熱壓燒結、無(wú)壓燒結、熱等靜壓燒結的材料，其高溫強度可一直維持到1600℃，是陶瓷材料中高溫強度較好的材料。那兩者的區別在哪里呢？下面我們一起來(lái)了解一下吧！

氮化硅陶瓷屬高溫難溶化合物，無(wú)熔點(diǎn)，抗高溫蠕變能力強，不含粘結劑的反應燒結氮化硅負荷軟化點(diǎn)在1800℃以上。氮化硅陶瓷導熱率為 18.42 W/ m ·K ,因此它具有優(yōu)良的抗熱震性能，僅次于石英和微晶玻璃 ，有實(shí)驗報告說(shuō)明密度為2500 kg/m3的反應燒結氮化硅試樣由1200 ℃冷卻至20℃熱循環(huán)上千次，仍然不破裂，氮化硅陶瓷的熱穩定性好。

氮化硅陶瓷是一種共價(jià)鍵化合物，基本結構單元為[ SiN4 ]四面體，硅原子位于四面體的中心，在其周?chē)兴膫€(gè)氮原子，分別位于四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，然后以每三個(gè)四面體共用一個(gè)原子的形式，在三維空間形成連續而又堅固的網(wǎng)絡(luò )結構。氮化硅的很多性能都歸結于此結構。純Si3N4為3119，有α和β兩種晶體結構，均為六角晶形，其分解溫度在空氣中為1800℃，在011MPa氮中為1850℃。Si3N4 熱膨脹系數低、導熱率高，故其耐熱沖擊性極佳。熱壓燒結的氮化硅加熱到l000℃后投入冷水中也不會(huì )破裂。在不太高的溫度下，Si3N4 具有較高的強度和抗沖擊性，但在1200℃以上會(huì )隨使用時(shí)間的增長(cháng)而出現破損，使其強度降低，在1450℃以上更易出現疲勞損壞，所以Si3N4 的使用溫度一般不超過(guò)1300℃。由于Si3N4 的理論密度低，比鋼和工程超耐熱合金鋼輕得多，所以，在那些要求材料具有高強度、低密度、耐高溫等性質(zhì)的地方用Si3N4 陶瓷去代替合金鋼是再合適不過(guò)。

碳化硅俗稱(chēng)金剛砂，又稱(chēng)碳硅石，是一種典型的共價(jià)鍵的化合物，自然界幾乎不存在，而碳化硅是共價(jià)鍵很強的化合物，其Si--C鍵的離子型僅12%左右，因此，它也具有優(yōu)良的力學(xué)性能、優(yōu)良的抗氧化性、高的抗磨損性以及低的摩擦系數等。碳化硅的最大特點(diǎn)是高溫強度高，普通陶瓷材料在1200 ~ 1400攝氏度時(shí)強度將顯著(zhù)降低，而碳化硅在1400攝氏度時(shí)抗彎強度仍保持在500 ~600MPa的較高水平，因此其工作溫度可達1600 ~ 1700攝氏度。碳化硅具有優(yōu)良的力學(xué)性能、優(yōu)良的抗氧化性、高的抗磨損性以及低的摩擦系數等。碳化硅陶瓷的缺點(diǎn)是斷裂韌性較低，即脆性較大，為此，以SiC陶瓷為基的復相陶瓷，如纖維(或晶須)補強、異相顆粒彌散強化、以及梯度功能材料相繼出現，改善了單體材料的韌性和強度。

碳化硅陶瓷廣泛應用于航空、機械、汽車(chē)、冶金、化工、電子等領(lǐng)域。碳化硅可以劃分為重結晶碳化硅陶瓷、反應燒結碳化硅陶瓷、無(wú)壓燒結碳化硅陶瓷、熱壓燒結碳化硅陶瓷、高溫熱等靜壓燒結碳化硅陶瓷以及化學(xué)氣相沉積碳化硅。各種工藝制備的碳化硅性能有較大的差別，因此可以利用各種不同工藝制造不同性能的碳化硅陶瓷，滿(mǎn)足不同需求。

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