氮化硅(Si3N4)的性能和应用

氮化硅（Si_3.N_4.）在20世纪60年代开发，并在搜索完全密集，高强度和高韧性材料中。欧洲杯足球竞彩其开发的主要驱动器是用先进的涡轮机和往复发动机的陶瓷用陶瓷取代金属，以提供更高的操作温度和效率。尽管从未实现了陶瓷发动机的最终目标，但是氮化硅已经用于许多工业应用，例如发动机部件，轴承和切割工具。

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氮化硅具有比大多数金属更好的高温能力，与抗氧化耐抗抗氧化耐力保持高强度和抗蠕变性。此外，与大多数陶瓷材料相比，其低热膨胀系数具有良好的耐热冲击性。欧洲杯足球竞彩

生产

纯氮化硅作为一种密度完全的材料是很难生产的。这种共价键合材料不易烧结，不能超过1850年加热^O.C，它分离成硅和氮。只能使用通过间接方法键合的方法制备致密的氮化硅，例如小化学添加以帮助致密化。这些化学品被称为烧结助剂，其通常诱导液相烧结程度。

氮化硅的类型

由于材料特性强烈取决于制造方法，因此氮化硅不能被认为是单一材料。三种主要类型的氮化硅是：

• 反应结合氮化硅(RBSN)
• 热压硅氮化硅（HPSN）
• 烧结氮化硅(SSN)

反应键合氮化硅是将压实的硅粉直接氮化制成的，由于难以保证反应完全，难以达到较高的组分密度。通常密度在2300 - 2700kg.m范围内^－3与3200kg.m相比^－3用于热压和烧结的氮化硅。较高的密度给出了HPSN和SSN材料更好的物理性质，并且意味着它们用于更苛刻的应用。欧洲杯足球竞彩氮化仅产生小体积变化，这意味着在制造之后不需要加工RBSN部件，并且可以在单个过程阶段生产近净形状的复杂。

关键属性

应用程序利用氮化硅的以下属性：

• 低密度
• 高温强度
• 卓越的热抗震性
• 优异的耐磨性
• 良好的断裂韧性
• 机械疲劳和抗蠕变性
• 良好的抗氧化性

应用程序

该材料目前在利基市场应用中使用，例如在往复发动机部件和涡轮增压器，轴承，金属切割和成型工具和热金属处理中。

往复式发动机零件

氮化硅组分最大的市场是用于燃烧部件和磨损部件的往复（柴油和火花点火）发动机。他们的发展是一个比设想更困难和复杂的任务。成本因素和大规模生产复杂陶瓷成分的严重技术问题具有有限的生长，但材料也符合设计保守主义和对陶瓷成分可靠性的担忧。

小密集的烧结硅氮化硅组分用于汽车和卡车发动机，用于应力和温度相对较低的应用，并且失败的后果不是灾难性的。组件的例子包括：

柴油发动机

• 发光插头以更快启动
• 用于较低排放，更快的启动和降低噪声的预清室（旋流室）
• 涡轮增压器（约10厘米直径）减少发动机滞后和排放

火花点燃发动机

• 摇臂垫较低的磨损
• 涡轮增压器（约5cm dia）对于较低的惯性和更少的发动机滞后
• 废气控制阀，用于增加加速度。

这些部件大部分在日本和美国制造。作为生产水平的例子，估计有30万烧结氮化硅涡轮增压器每年生产。在美国，减排推动了陶瓷组件的发展，这些组件主要用于中、重型发动机。在日本，性能的改善一直是主要的驱动因素，这些部件被用于轻型发动机。

开发工作目前正在专注于在需要低质量或增加耐磨性的应用中进行谨慎介绍，例如作为排气阀和阀门弹簧。

轴承

完全致密氮化硅的耐磨性，低摩擦和高刚度提高了高温下螺旋辊和滚珠轴承的性能。与传统的高密度钢和硬金属轴承相比，HPSN轴承显示了更高的轴承寿命，更好的速度能力和更强的耐腐蚀性。

绝大多数氮化硅轴承用于混合滚珠轴承（带陶瓷球和钢比赛的轴承）。应用范围包括机床主轴、真空泵和可消毒和不润滑的牙钻。

所有陶瓷轴承都用于腐蚀，电动或磁场禁止使用金属的应用中。例如在潮汐流量计中海水的攻击是一个问题或电场搜索器。

虽然对可靠性的担忧不再限制氮化硅在轴承中的应用，但在看到更广泛的应用之前必须降低其成本。

金属加工

热硬度、断裂韧性和抗热震性意味着烧结氮化硅可以切削铸铁、硬钢和镍基合金，其表面速度比碳化钨等传统材料快25倍。欧洲杯足球竞彩

基于氮化硅的切削工具现在以相当数量的数字用于机械铸铁由航空工业的汽车行业和镍高温合金。目前氮化硅刀具的市场价值约为每年5000万美元，然而，由于它不适合加工高硅铝合金，它的未来增长将放缓，因为汽车行业更广泛地使用铝而不是铸铁块。

工业应用

有一系列一般的工业应用，可以利用材料特性。在这些情况下通常使用反应键合氮化硅（RBSN），因为操作条件低于前面的应用。

申请包括：

• 非汽车磨损部件是氮化硅的不断增长的市场。例如，在感应加热和电阻焊接等过程中定位和转移金属部件的固定装置利用电绝缘，耐磨性，低导热率和材料的热抗震性。
• 用于处理熔融铝，锌，锡和铅合金的喷口，喷嘴，热电偶护套和熔化坩埚。对受控金属纯度的要求越来越高，使金属元件的使用变得不那么可取。
• 考虑到材料的强度、电阻和抗热震性，电弧焊喷嘴也是RBSN的稳定市场
• 专门的窑炉家具具有低热质量和高热抗冲击性，用于烧制部件，如牙科瓷器，其中重复热循环。

未来的应用程序

如果氮化硅从利基移动到主要的工业材料，则需要使用显着的使用增长。该移动需要降低的成本，其成本耦合，改善或至少保持性能和可靠性。发动机技术是可能从未来增长中受益的可能性，因为减少燃料消耗和减少的排放变得更强大。矛盾的是，该材料尚未广泛用于燃气轮机发动机（材料发育的原始原因），主要是因为中小型涡轮发动机尚未找到广泛的应用。