氮化硅:它是什么以及它的用途

氮化硅(Si3N4) 是氧化物和非氧化物组中性能最高的技术陶瓷之一。 它于 1960 年代首次开发,当时材料科学与工程被公认为与冶金学具有可比价值的研究领域。 60 年代和 70 年代大多数陶瓷研究的基本目标是开发具有高强度和韧性的紧凑型工程材料。 氮化硅在所有方面都取得了成功。

氮化硅—化学与显微结构

氮化硅是一种以三种不同晶相存在的陶瓷:α、β 和 γ。 α 相和 β 相氮化硅均由角共享四面体 SiN 组成4 具有短而强的 Si-N 键。 结果是紧密分层的硅和氮原子的极其刚性的 3D 框架。

氮化硅陶瓷的微观结构很大程度上取决于致密化机制。 通常,α-Si3N4 用作起始粉末,因为它在燃烧时会转变为化学稳定性更高的 β 相。 尽管晶粒大小和形状会因起始粉末的性质和添加剂的存在而异,但 β-Si3N4 通常由细长的晶粒组成,这些晶粒在紧密压实的微观结构中互锁。

氮化硅的特性

材料,碳化硅,氮化物结合,氧化铬,氧化铝
  • 低密度(3.17 g/cm3)

  • 高断裂韧性 (7 MPa m1/2)

  • 优异的抗弯强度(850 MPa)

  • 出色的抗热震性

  • 最高工作温度高

氮化硅的关键应用

由于其化学和热力学特性的独特交叉,氮化硅可以很容易地部署在世界上一些最恶劣的工作环境中。 热压氮化硅具有出色的高温性能,是具有挑战性条件的密封面组件的理想选择,包括锅炉水反应堆泵、加压水反应堆泵、腐蚀性硼酸水服务和旋转轴承内。

由氮化硅组成的泵部件也用于石油和天然气行业,以及整个石化行业。 Si的化学完整性3N4 使其适用于泵内经常接触磨蚀性泥浆和腐蚀性流体的表面(叶轮、轴、密封件等)。

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