氮化硅陶瓷(Si3N4)是什么材料?

氮化硅(Si3N4)是一种高熔点的陶瓷材料,具有极高的硬度和化学惰性。并且氮化硅陶瓷的热膨胀系数低、导热率高,耐热冲击性极佳。所以人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。

氮化硅化学式:

氮化硅的化学式为Si3N4,分子量为140.28,加压下在1900℃时溶解,经高温烧结后颜色通常为灰色或灰黑色。

氮化硅陶瓷的硬度:

氮化硅陶瓷莫氏硬度9~9.5,维氏硬度约为1550,是世界上最坚硬的物质之一。

氮化硅陶瓷零件有哪些?

氮化硅陶瓷的性能特点

氮化硅陶瓷的优点

  • 在较大的温度范围内具有很高的强度;

  • 高断裂韧性;

  • 良好的抗弯强度;

  • 耐机械疲劳和蠕变;

  • 轻巧–低密度;

  • 高硬度和耐磨性。

  • 优异的抗热震性

  • 低热膨胀,电绝缘体;

  • 良好的抗氧化性,良好的耐化学腐蚀性能;

氮化硅陶瓷的机械性能

项目 单位 气压氮化硅 热压氮化硅 高导热氮化硅板
颜色 —— 灰色或黑色 灰色或黑色 灰色或黑色
密度 g/cm³ 3.2 3.3 3.25
硬度 GPa 15 16 15
抗压强度 MPa 2500 3000 2500
抗弯强度 MPa 700 900 600~800
断裂韧性 MPa・m1/2 5~7 6~8 6~7
杨氏模量 GPa 300 300 300~320
泊松比 —— 0.25 0.28 0.25

氮化硅陶瓷的热学特性

项目 单位 气压氮化硅 热压氮化硅 高导热氮化硅板
最高使用温度 ℃(无机械负载时) 1100 1300 1100
热导率@20℃ W/(m・K) 15~20 20~25 80~100
线性热膨胀系数 40 - 400℃,× 10-6/℃ 3  3.1  3
比热 J/(kg・K) 660 650 680
抗热震性 ℃(放入水中) 550 800 ——

氮化硅陶瓷的电学特性

项目 单位 气压氮化硅 热压氮化硅 高导热氮化硅板
介电常数 1MHz 6~8 8 7.8
介电强度(6.35mm) ac-kV/mm 15  17 ——
体积电阻@20℃ Ω・cm >1014 >1014 >1014
体积电阻@500℃ Ω・cm >1010 >1010 >1010

备注:上述所有表单内参数为氮化硅陶瓷典型的参数值,因批次不同或有差别,敬请知悉。

使用氮化硅陶瓷的注意事项

在不太高的温度下,氮化硅具有较高的强度和抗冲击性,但在1200℃以上会随使用时间的增长而出现破损,使其强度降低,在1450℃以上更易出现疲劳损坏,所以氮化硅的使用温度一般不超过1300℃。

氮化硅陶瓷的用途有哪些?

  • 旋转球和滚子轴承;
  • 切割工具:
  • 发动机部件:气门,摇;
  • 臂垫,密封面;
  • 感应加热线圈支架;
  • 涡轮叶片,叶片,铲斗;
  • 焊接和钎焊夹具;
  • 加热元件组件;
  • 坩埚;
  • 金属管成型辊和模具
  • TIG /等离子焊接喷嘴
  • 焊接变位机
  • 高磨损环境中的精密轴和轴
  • 热电偶护套和管
  • 半导体工艺设备

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