Descripción de las nueve principales prestaciones de los productos de materiales de nitruro de silicio.

norteueve características principales del producto de materiales de nitruro de silicio

1. Composición y estructura

La fórmula molecular del nitruro de silicio es Si. ₃ norte ₄ , que es un compuesto de enlace covalente. Las cerámicas de nitruro de silicio son materiales policristalinos y su estructura cristalina pertenece al sistema hexagonal. Generalmente dividido en dos orientaciones cristalinas, α y β, las cuales están compuestas de [Sinorte ₄ ] ⁴ -tetraedro. β-Si ₃ norte ₄ Tiene alta simetría y un pequeño volumen molar. Es una fase termodinámicamente estable a temperatura relativa, mientras que α-Si ₃ norte ₄ Es relativamente fácil de formar dinámicamente. A altas temperaturas (1400 ℃ ~ 1800 ℃), la fase α sufrirá un cambio de fase para convertirse en un tipo β. Este cambio de fase es irreversible, por lo que la fase α favorece la sinterización.

2. Apariencia

El nitruro de silicio obtenido de diferentes fases cristalinas tiene diferentes apariencias. α-Si ₃ norte ₄ es lana suelta de color blanco o blanco grisáceo o con forma de aguja, y β-"Si ₃ norte ₄ Es de color más oscuro y aparece como un poliedro granular denso o un prisma corto. Los bigotes de las cerámicas de nitruro de silicio son transparentes o translúcidos, y la apariencia es gris, gris azulada a gris negra, que varía con la densidad y la proporción relativa, y también presenta otros colores debido a los aditivos. La superficie de las cerámicas de nitruro de silicio tiene un brillo metálico después del pulido.

3. Densidad y gravedad específica.

La densidad teórica del nitruro de silicio es 3100 ± 10 kg/m ³ . La gravedad específica real medida del α-Si ₃ N ₄ es 3184 kg/m ³ , y la verdadera gravedad específica del β-Si ₃ N ₄ es 3187 kg/m ³ . La densidad aparente de las cerámicas de nitruro de silicio varía mucho según el proceso, generalmente más del 80% de la densidad teórica, oscilando entre 2200 y 3200 kg/m3. ³ . La razón principal de la diferencia de densidad es la porosidad. La porosidad del nitruro de silicio sinterizado por reacción es generalmente de alrededor del 20% y la densidad es de 2200 a 2600 kg/m3. ³ , mientras que la porosidad del nitruro de silicio prensado en caliente es inferior al 5% y la densidad es de 3000 a 3200 kg/m ³ En comparación con otros materiales con usos similares, no solo tiene una densidad más baja que todas las aleaciones de alta temperatura, sino también una de las de menor densidad entre las cerámicas estructurales de alta temperatura.

4. Aislamiento eléctrico

Las cerámicas de nitruro de silicio se pueden utilizar como materiales aislantes de alta temperatura y sus indicadores de rendimiento dependen principalmente del método de síntesis y la pureza. El silicio sin nitrurar en el material, así como las impurezas como metales alcalinos, metales alcalinotérreos, hierro, titanio, níquel, etc. introducidas durante el proceso de preparación, deteriorarán las propiedades eléctricas de las cerámicas de nitruro de silicio. Generalmente, la resistencia específica de las cerámicas de nitruro de silicio en medio seco a temperatura ambiente es de 1015~1016 ohmios y la constante dieléctrica es de 9,4~9,5. A altas temperaturas, las cerámicas de nitruro de silicio aún mantienen un valor de resistencia específica relativamente alto. Con la mejora de las condiciones del proceso, el nitruro de silicio puede ingresar a las filas de los dieléctricos de uso común.

V. Propiedades térmicas

El coeficiente de expansión térmica del nitruro de silicio sinterizado es bajo, 2,53×10-6/℃, y la conductividad térmica es 18,42W/m·K. Tiene buena resistencia al choque térmico, solo superada por el cuarzo y el vidrio microcristalino. Según informes experimentales, una muestra de nitruro de silicio sinterizada por reacción con una densidad de 2500 kg/m ³ Se ha enfriado de 1200 ℃ a 20 ℃ y no se ha agrietado después de miles de ciclos térmicos. Las cerámicas de nitruro de silicio tienen buena estabilidad térmica y pueden usarse durante mucho tiempo a altas temperaturas. La temperatura de uso en atmósfera oxidante puede alcanzar los 1400 ℃, y la temperatura de uso en atmósfera neutra o reductora puede alcanzar los 1850 ℃.

VI. Propiedades mecánicas

El nitruro de silicio tiene una alta resistencia mecánica. La resistencia a la flexión de los productos generales prensados ​​en caliente es de 500~700MPa, y la alta resistencia puede alcanzar 1000~1200MPa; la resistencia a la flexión después de la sinterización por reacción es de 200 MPa y la alta resistencia puede alcanzar 300 ~ 400 MPa. Aunque la resistencia a temperatura ambiente de los productos sinterizados por reacción no es alta, su resistencia no disminuye a altas temperaturas de 1200~1350℃. El nitruro de silicio tiene una baja fluencia a alta temperatura. Por ejemplo, la carga de nitruro de silicio sinterizado por reacción a 1200 ℃ es de 24 MPa y la deformación es del 0,5 % después de 1000 h.

VII. Coeficiente de fricción y autolubricidad.

El coeficiente de fricción de las cerámicas de nitruro de silicio es pequeño y el aumento del coeficiente de fricción también es pequeño en condiciones de alta temperatura y alta velocidad, lo que puede garantizar el funcionamiento normal del mecanismo. Ésta es una ventaja destacada de las cerámicas de nitruro de silicio. Cuando las cerámicas de nitruro de silicio comienzan a desgastarse, el coeficiente de fricción por deslizamiento alcanza entre 1,0 y 1,5. Después del rectificado de precisión, el coeficiente de fricción se reduce considerablemente y permanece por debajo de 0,5. Por lo tanto, se considera que las cerámicas de nitruro de silicio tienen propiedades autolubricantes. A diferencia del grafito, el nitruro de boro y el talco, la principal razón de esta autolubricación reside en la estructura estratificada de la estructura del material. Bajo presión, la superficie de fricción se descompone ligeramente para formar una fina película de aire, lo que reduce la resistencia al deslizamiento entre las superficies de fricción y aumenta la suavidad de la superficie de fricción. De esta forma, cuanto mayor es la fricción, menor es la resistencia y el desgaste es particularmente pequeño. Después de una fricción continua, el material tiende a aumentar gradualmente su coeficiente de fricción debido al desgaste de la superficie o al ablandamiento debido al aumento de temperatura.

VIII. maquinabilidad

Las cerámicas de nitruro de silicio se pueden mecanizar hasta obtener la forma, la precisión y el acabado superficial deseados.

IX. Estabilidad química

El nitruro de silicio tiene buenas propiedades químicas y puede resistir la corrosión de todos los ácidos inorgánicos excepto el ácido fluorhídrico y la solución de hidróxido de sodio inferior al 25%. Su temperatura de resistencia a la oxidación puede alcanzar los 1400 ℃ y su temperatura de uso en una atmósfera reductora puede alcanzar los 1870 ℃. No se moja con los metales (especialmente el aluminio líquido) y más aún con los no metales.

De las propiedades físicas y químicas anteriores de las cerámicas de nitruro de silicio, se puede ver que el buen rendimiento de las cerámicas de nitruro de silicio tiene un valor de aplicación especial para el entorno de trabajo de alta temperatura, alta velocidad y medios corrosivos fuertes que a menudo se encuentran en la tecnología moderna. Sus ventajas destacadas son:

Tiene los siguientes puntos:

(1) Alta resistencia mecánica y dureza cercana al corindón. La resistencia a la flexión a temperatura ambiente del nitruro de silicio prensado en caliente puede llegar a 780-980 MPa, algunos son incluso más altos que el acero aleado y la resistencia se puede mantener hasta 1200 ℃ sin degradación.

(2) Autolubricación mecánica, bajo coeficiente de fricción superficial, resistencia al desgaste, alto módulo elástico y resistencia a altas temperaturas.

(3) Bajo coeficiente de expansión térmica, alta conductividad térmica y buena resistencia al choque térmico.

(4) Baja densidad y baja gravedad específica.

(5) Resistencia a la corrosión y resistencia a la oxidación.

(6) Buen aislamiento eléctrico.