Descrição dos nove principais desempenhos de produtos de materiais de nitreto de silício

Nove características principais do produto de materiais de nitreto de silício

1. Composição e estrutura

A fórmula molecular do nitreto de silício é Si ₃ N ₄ , que é um composto de ligação covalente. As cerâmicas de nitreto de silício são materiais policristalinos e sua estrutura cristalina pertence ao sistema hexagonal. Geralmente dividido em duas orientações cristalinas, α e β, ambas compostas por [SiN ₄ ] ⁴ -tetraedro. β-Si ₃ N ₄ tem alta simetria e um pequeno volume molar. É uma fase termodinamicamente estável à temperatura relativa, enquanto α-Si ₃ N ₄ é relativamente fácil de formar dinamicamente. Em altas temperaturas (1400℃~1800℃), a fase α sofrerá uma mudança de fase para se tornar um tipo β. Esta mudança de fase é irreversível, portanto a fase α é propícia à sinterização.

2. Aparência

O nitreto de silício obtido a partir de diferentes fases cristalinas tem aparências diferentes. α-Si ₃ N ₄ é lã solta branca ou branca acinzentada ou em forma de agulha, e β-"Si ₃ N ₄ tem uma cor mais escura e aparece como um poliedro granular denso ou um prisma curto. Os bigodes da cerâmica de nitreto de silício são transparentes ou translúcidos, e a aparência é cinza, azul-acinzentada a cinza-preta, que varia com a densidade e proporção relativa, e também apresenta outras cores devido a aditivos. A superfície da cerâmica de nitreto de silício apresenta brilho metálico após o polimento.

3. Densidade e gravidade específica

A densidade teórica do nitreto de silício é 3100±10kg/m ³ . A verdadeira gravidade específica medida de α-Si ₃ N ₄ é 3184kg/m ³ , e a verdadeira gravidade específica de β-Si ₃ N ₄ é 3187kg/m ³ . A densidade aparente da cerâmica de nitreto de silício varia muito dependendo do processo, geralmente mais de 80% da densidade teórica, variando de 2.200 a 3.200 kg/m ³ . A principal razão para a diferença de densidade é a porosidade. A porosidade do nitreto de silício sinterizado por reação é geralmente em torno de 20% e a densidade é de 2.200 a 2.600 kg/m ³ , enquanto a porosidade do nitreto de silício prensado a quente é inferior a 5% e a densidade é de 3.000 a 3.200 kg/m ³ .Em comparação com outros materiais com usos semelhantes, não é apenas mais baixo em densidade do que todas as ligas de alta temperatura, mas também uma das baixas densidades entre as cerâmicas estruturais de alta temperatura.

4. Isolamento elétrico

A cerâmica de nitreto de silício pode ser usada como material isolante de alta temperatura e seus indicadores de desempenho dependem principalmente do método de síntese e da pureza. O silício livre de nitretação no material, bem como as impurezas como metais alcalinos, metais alcalino-terrosos, ferro, titânio, níquel, etc. introduzidas durante o processo de preparação, deteriorarão as propriedades elétricas da cerâmica de nitreto de silício. Geralmente, a resistência específica da cerâmica de nitreto de silício no meio seco à temperatura ambiente é de 1015 ~ 1016 ohms e a constante dielétrica é de 9,4 ~ 9,5. Em altas temperaturas, a cerâmica de nitreto de silício ainda mantém um valor de resistência específica relativamente alto. Com a melhoria das condições do processo, o nitreto de silício pode entrar na categoria de dielétricos comumente usados.

V. Propriedades térmicas

O coeficiente de expansão térmica do nitreto de silício sinterizado é baixo, que é 2,53×10-6/℃, e a condutividade térmica é 18,42W/m·K. Possui boa resistência ao choque térmico, perdendo apenas para o quartzo e o vidro microcristalino. De acordo com relatórios experimentais, uma amostra de nitreto de silício sinterizada por reação com densidade de 2.500 kg/m ³ foi resfriado de 1200°C a 20°C e não quebrou após milhares de ciclos térmicos. A cerâmica de nitreto de silício tem boa estabilidade térmica e pode ser usada por muito tempo em altas temperaturas. A temperatura de uso em atmosfera oxidante pode chegar a 1400 ℃, e a temperatura de uso em atmosfera neutra ou redutora pode chegar a 1850 ℃.

VI. Propriedades mecânicas

O nitreto de silício possui alta resistência mecânica. A resistência à flexão de produtos prensados ​​a quente em geral é de 500 ~ 700 MPa, e a alta resistência pode atingir 1000 ~ 1200 MPa; a resistência à flexão após a sinterização por reação é de 200 MPa, e a alta resistência pode atingir 300 ~ 400 MPa. Embora a resistência à temperatura ambiente dos produtos sinterizados por reação não seja alta, sua resistência não diminui em altas temperaturas de 1200 ~ 1350 ℃. O nitreto de silício tem baixa fluência em altas temperaturas. Por exemplo, a carga de nitreto de silício sinterizado por reação a 1200 ℃ é de 24MPa e a deformação é de 0,5% após 1000h.

VII. Coeficiente de atrito e autolubricidade

O coeficiente de atrito da cerâmica de nitreto de silício é pequeno, e o aumento do coeficiente de atrito também é pequeno em condições de alta temperatura e alta velocidade, o que pode garantir o funcionamento normal do mecanismo. Esta é uma vantagem proeminente da cerâmica de nitreto de silício. Quando a cerâmica de nitreto de silício começa a se desgastar, o coeficiente de atrito de deslizamento atinge 1,0 a 1,5. Após a retificação de precisão, o coeficiente de atrito é bastante reduzido e permanece abaixo de 0,5. Portanto, considera-se que as cerâmicas de nitreto de silício possuem propriedades autolubrificantes. Ao contrário do grafite, do nitreto de boro e do talco, a principal razão para essa autolubrificação está na estrutura em camadas da estrutura do material. Sob pressão, a superfície de atrito é ligeiramente decomposta para formar uma fina película de ar, o que reduz a resistência ao deslizamento entre as superfícies de atrito e aumenta a suavidade da superfície de atrito. Desta forma, quanto maior for o atrito, menor será a resistência e o desgaste será particularmente pequeno. Após atrito contínuo, o material tende a aumentar gradativamente seu coeficiente de atrito devido ao desgaste superficial ou amolecimento devido ao aumento da temperatura.

VIII. Usinabilidade

A cerâmica de nitreto de silício pode ser usinada no formato, precisão e acabamento superficial desejados.

IX. Estabilidade química

O nitreto de silício tem boas propriedades químicas e pode resistir à corrosão de todos os ácidos inorgânicos, exceto ácido fluorídrico e solução de hidróxido de sódio inferior a 25%. Sua temperatura de resistência à oxidação pode chegar a 1400°C, e sua temperatura de uso em atmosfera redutora pode chegar a 1870°C. Não molha em metais (especialmente alumínio líquido) e ainda mais em não metais.

A partir das propriedades físicas e químicas acima da cerâmica de nitreto de silício, pode-se observar que o bom desempenho da cerâmica de nitreto de silício tem valor de aplicação especial para ambientes de trabalho de alta temperatura, alta velocidade e meios corrosivos fortes frequentemente encontrados na tecnologia moderna. Suas vantagens marcantes são:

Possui os seguintes pontos:

(1) Alta resistência mecânica e dureza próxima ao corindo. A resistência à flexão à temperatura ambiente do nitreto de silício prensado a quente pode ser tão alta quanto 780-980MPa, alguns são ainda mais altos do que o aço-liga, e a resistência pode ser mantida até 1200 ℃ sem degradação.

(2) Autolubrificação mecânica, baixo coeficiente de atrito superficial, resistência ao desgaste, alto módulo de elasticidade e resistência a altas temperaturas.

(3) Baixo coeficiente de expansão térmica, alta condutividade térmica e boa resistência ao choque térmico.

(4) Baixa densidade e baixa gravidade específica.

(5) Resistência à corrosão e resistência à oxidação.

(6) Bom isolamento elétrico.