Silisyum nitrür malzemelerin dokuz ana ürün performansının açıklaması

Silisyum nitrür malzemelerin dokuz ana ürün özelliği

1. Bileşim ve yapı

Silisyum nitrürün moleküler formülü Si'dir ₃ N ₄ bir kovalent bağ bileşiğidir. Silisyum nitrür seramikleri çok kristalli malzemeler olup, kristal yapıları altıgen sisteme aittir. Genellikle her ikisi de [SiN3'ten oluşan α ve β olmak üzere iki kristal yönelimine ayrılır. ₄ ] ⁴ -dörtyüzlü. β-Si ₃ N ₄ yüksek simetriye ve küçük molar hacme sahiptir. α-Si iken bağıl sıcaklıkta termodinamik olarak kararlı bir fazdır. ₃ N ₄ dinamik olarak oluşturulması nispeten kolaydır. Yüksek sıcaklıklarda (1400°C~1800°C), α fazı β tipine dönüşecek şekilde faz değişimine uğrayacaktır. Bu faz değişimi geri döndürülemez olduğundan α fazı sinterlemeye elverişlidir.

2. Görünüm

Farklı kristal fazlardan elde edilen silisyum nitrür farklı görünümlere sahiptir. α-Si ₃ N ₄ beyaz veya grimsi beyaz gevşek yün veya iğneye benzer ve β-"Si ₃ N ₄ rengi daha koyudur ve yoğun granüler çokyüzlü veya kısa prizma şeklinde görünür. Silisyum nitrür seramiklerinin bıyıkları şeffaf veya yarı saydamdır ve görünüm yoğunluğa ve bağıl orana göre değişen gri, mavi-gri ila gri-siyah arasındadır ve ayrıca katkı maddeleri nedeniyle başka renkler de sunar. Silisyum nitrür seramiklerin yüzeyi cilalama sonrasında metalik bir parlaklığa sahiptir.

3. Yoğunluk ve özgül ağırlık

Silisyum nitrürün teorik yoğunluğu 3100±10kg/m3'tür. ³ . α-Si'nin gerçek ölçülen gerçek özgül ağırlığı ₃ N ₄ 3184kg/m ³ ve β-Si'nin gerçek özgül ağırlığı ₃ N ₄ 3187kg/m ³ . Silisyum nitrür seramiklerinin kütle yoğunluğu, prosese bağlı olarak büyük ölçüde değişir; genellikle teorik yoğunluğun %80'inden fazlası, 2200 ila 3200 kg/m arasında değişir. ³ . Yoğunluk farkının ana nedeni gözenekliliktir. Reaksiyonla sinterlenmiş silikon nitrürün gözenekliliği genellikle %20 civarındadır ve yoğunluğu 2200 ila 2600 kg/m3'tür. ³ Sıcak preslenmiş silikon nitrürün gözenekliliği %5'in altında ve yoğunluğu 3000 ila 3200 kg/m2'dir. ³ Benzer kullanımlara sahip diğer malzemelerle karşılaştırıldığında yoğunluğu tüm yüksek sıcaklık alaşımlarından daha düşük olmakla kalmaz, aynı zamanda yüksek sıcaklık yapısal seramikleri arasında yoğunluğu da düşük olanlardan biridir.

4. Elektrik yalıtımı

Silisyum nitrür seramikleri, yüksek sıcaklıkta yalıtım malzemeleri olarak kullanılabilir ve performans göstergeleri esas olarak sentez yöntemine ve saflığa bağlıdır. Malzemedeki nitrürlenmemiş silikonun yanı sıra hazırlama işlemi sırasında ortaya çıkan alkali metaller, alkali toprak metalleri, demir, titanyum, nikel vb. yabancı maddeler, silikon nitrür seramiklerinin elektriksel özelliklerini bozacaktır. Genel olarak, silikon nitrür seramiklerinin oda sıcaklığında kuru ortamda spesifik direnci 1015~1016 ohm'dur ve dielektrik sabiti 9,4~9,5'tir. Yüksek sıcaklıklarda silisyum nitrür seramikleri hala nispeten yüksek bir spesifik direnç değerini korur. Proses koşullarının iyileştirilmesiyle birlikte silikon nitrür yaygın olarak kullanılan dielektriklerin arasına girebilir.

V. Termal özellikler

Sinterlenmiş silikon nitrürün termal genleşme katsayısı düşüktür, yani 2,53×10-6/°C ve termal iletkenliği 18,42W/m·K'dir. Kuvars ve mikrokristalin camdan sonra ikinci olarak iyi bir termal şok direncine sahiptir. Deneysel raporlara göre, yoğunluğu 2500kg/m3 olan reaksiyon sinterlenmiş silisyum nitrür numunesi ³ 1200°C'den 20°C'ye soğutuldu ve binlerce termal döngüden sonra çatlamadı. Silisyum nitrür seramikleri iyi bir termal stabiliteye sahiptir ve yüksek sıcaklıklarda uzun süre kullanılabilir. Oksitleyici bir atmosferde kullanım sıcaklığı 1400 ° C'ye ulaşabilir ve nötr veya indirgeyici bir atmosferde kullanım sıcaklığı 1850 ° C'ye ulaşabilir.

VI. Mekanik özellikler

Silisyum nitrür yüksek mekanik dayanıma sahiptir. Genel sıcak preslenmiş ürünlerin bükülme mukavemeti 500~700MPa'dır ve yüksek mukavemet 1000~1200MPa'ya ulaşabilir; Reaksiyon sinterlemesinden sonra bükülme mukavemeti 200MPa'dır ve yüksek mukavemet 300 ~ 400MPa'ya ulaşabilir. Reaksiyon sinterlenmiş ürünlerin oda sıcaklığı mukavemeti yüksek olmasa da, 1200~1350°C gibi yüksek sıcaklıklarda mukavemeti azalmaz. Silisyum nitrür düşük yüksek sıcaklıkta sürünmeye sahiptir. Örneğin, 1200 °C'de reaksiyonla sinterlenmiş silikon nitrürün yükü 24MPa'dır ve deformasyon 1000 saatten sonra %0,5'tir.

VII. Sürtünme katsayısı ve kendinden yağlama

Silisyum nitrür seramiklerin sürtünme katsayısı küçüktür ve mekanizmanın normal çalışmasını sağlayabilen yüksek sıcaklık ve yüksek hız koşullarında sürtünme katsayısındaki artış da küçüktür. Bu, silikon nitrür seramiklerinin belirgin bir avantajıdır. Silisyum nitrür seramikler aşınmaya başladığında kayma sürtünme katsayısı 1,0 ila 1,5'e ulaşır. Hassas taşlama sonrasında sürtünme katsayısı büyük ölçüde azalır ve 0,5'in altında kalır. Bu nedenle silikon nitrür seramiklerinin kendi kendini yağlama özelliklerine sahip olduğu kabul edilir. Grafit, bor nitrür ve talkın aksine, bu kendi kendine yağlamanın ana nedeni, malzeme yapısının katmanlı yapısında yatmaktadır. Basınç altında, sürtünme yüzeyi hafifçe ayrışarak ince bir hava filmi oluşturur, bu da sürtünme yüzeyleri arasındaki kayma direncini azaltır ve sürtünme yüzeyinin pürüzsüzlüğünü arttırır. Bu şekilde sürtünme ne kadar büyük olursa direnç o kadar küçük olur ve aşınma özellikle azdır. Sürekli sürtünmeden sonra malzeme, yüzey aşınması veya sıcaklık artışı nedeniyle yumuşama nedeniyle sürtünme katsayısını giderek artırma eğilimindedir.

VIII. İşlenebilirlik

Silisyum nitrür seramikleri istenilen şekil, hassasiyet ve yüzey kalitesine göre işlenebilir.

IX. Kimyasal stabilite

Silisyum nitrür iyi kimyasal özelliklere sahiptir ve hidroflorik asit ve %25'ten az sodyum hidroksit çözeltisi hariç tüm inorganik asitlerden kaynaklanan korozyona karşı direnç gösterebilir. Oksidasyon direnci sıcaklığı 1400 ° C'ye ulaşabilir ve indirgeyici bir atmosferde kullanım sıcaklığı 1870 ° C'ye ulaşabilir. Metallerde (özellikle alüminyum sıvısında) ıslanmaz ve metal olmayanlarda daha da fazla ıslanır.

Silisyum nitrür seramiklerin yukarıdaki fiziksel ve kimyasal özelliklerinden, silisyum nitrür seramiklerin iyi performansının, modern teknolojide sıklıkla karşılaşılan yüksek sıcaklık, yüksek hız ve güçlü aşındırıcı ortamların çalışma ortamı için özel uygulama değerine sahip olduğu görülebilir. Olağanüstü avantajları şunlardır:

Aşağıdaki noktalara sahiptir:

(1) Korindon'a yakın yüksek mekanik mukavemet ve sertlik. Sıcak preslenmiş silikon nitrürün oda sıcaklığında bükülme mukavemeti 780-980 MPa kadar yüksek olabilir, bazıları alaşımlı çelikten bile daha yüksektir ve mukavemet, bozulma olmadan 1200 ° C'ye kadar muhafaza edilebilir.

(2) Mekanik kendinden yağlama, düşük yüzey sürtünme katsayısı, aşınma direnci, yüksek elastik modül ve yüksek sıcaklık direnci.

(3) Düşük termal genleşme katsayısı, yüksek termal iletkenlik ve iyi termal şok direnci.

(4) Düşük yoğunluk ve düşük özgül ağırlık.

(5) Korozyon direnci ve oksidasyon direnci.

(6) İyi elektrik yalıtımı.