Каковы свойства материала керамики из нитрида кремния

---

Нитрид кремния, как передовой неорганический неметаллический материал, играет незаменимую роль во многих областях промышленности благодаря своим превосходным характеристикам.

Химический состав и структурные характеристики
Химическая формула нитридкремниевой керамики - Si3N4, которая представляет собой соединение, образованное тесным соединением атомов кремния и азота посредством ковалентных связей. Его основной структурной единицей является тетраэдр [SiN4], в центре которого расположены атомы кремния, а в четырех вершинах тетраэдра - четыре атома азота. Эти тетраэдры образуют непрерывную и прочную сетевую структуру в трехмерном пространстве, разделяя каждый третий атом, что придает керамике из нитрида кремния высокую прочность и низкую плотность.
Керамика из нитрида кремния имеет две кристаллические структуры - альфа и бета, обе из которых являются гексагональными. Среди них α - нитрид кремния выглядит как игольчатые кристаллы, а β - нитрид кремния - как зернистые кристаллы. Разница в кристаллической структуре между этими двумя типами приводит к различиям в характеристиках керамики из нитрида кремния.

физическое свойство
Высокая прочность и твердость: Керамика из нитрида кремния обладает чрезвычайно высокой прочностью на изгиб и твердостью: типичная прочность на изгиб составляет 500-700 МПа, а твердость - более 9 единиц по шкале Мооса, уступая лишь алмазу и кубическому нитриду бора. Это позволяет керамике из нитрида кремния стабильно работать в условиях высоких нагрузок и быть менее подверженной деформации или растрескиванию.
Отличная термостойкость: Керамика из нитрида кремния обладает чрезвычайно высокой термостойкостью, способна сохранять стабильность при температурах до 1400 ℃, не подвержена тепловому расширению или деформации. Его температура разложения составляет 1800 ℃ в воздухе и до 1850 ℃ в азоте под давлением 110 МПа. Поэтому керамика из нитрида кремния является идеальным выбором для высокотемпературных сред.
Хорошая устойчивость к тепловому удару: Благодаря низкому коэффициенту теплового расширения и высокой теплопроводности керамика из нитрида кремния обладает отличной стойкостью к тепловому удару. Даже если ее нагреть до 1000 ℃ и быстро опустить в холодную воду, она не разорвется.
Отличная электроизоляция: Керамика из нитрида кремния обладает превосходными электроизоляционными характеристиками, при этом сопротивление изоляции обычно достигает 10 ^ 12 Ом-см и более. Диэлектрическая прочность обычно составляет 20~30 кВ/мм, что позволяет выдерживать высокую напряженность электрического поля без пробоя. Кроме того, диэлектрические потери чрезвычайно низки, обычно менее 0,001, что делает их пригодными для высокочастотных применений.

Химическая стабильность
Керамика из нитрида кремния обладает превосходной коррозионной стойкостью к кислотам и щелочам и может длительное время использоваться в агрессивных средах, таких как сильные кислоты и щелочи, не подвергаясь воздействию. Благодаря этой характеристике она находит широкое применение в таких областях, как химическое машиностроение и металлургия. В то же время керамика из нитрида кремния обладает хорошей биосовместимостью и может использоваться для изготовления медицинских устройств, таких как искусственные суставы и зубные имплантаты.

Область применения
Благодаря своим превосходным характеристикам керамика из нитрида кремния получила широкое применение в различных областях:
Механическая промышленность: Керамика из нитрида кремния используется в качестве ключевых компонентов, таких как шарики для подшипников, ролики, пресс-формы и новые керамические режущие инструменты, повышая износостойкость и срок службы механических компонентов.
Химическая промышленность: В химической промышленности керамика из нитрида кремния используется в качестве износостойких и коррозионностойких компонентов, таких как шаровые краны, корпуса насосов, испарители горения, фильтры и т.д., эффективно предотвращая коррозию и утечку химических сред.
Металлургическая промышленность: В металлургической промышленности керамика из нитрида кремния используется для изготовления режущих стержней, экструзионных форм, форм для волочения проволоки, а также рабочих форм, таких как прокатные и конвейерные валки, которые повышают эффективность производства и качество продукции металлургического оборудования.
Аэрокосмическая промышленность: В аэрокосмической отрасли керамика на основе нитрида кремния широко используется в качестве материала для изготовления ключевых компонентов, таких как детали двигателей и вкладыши камер сгорания, которые улучшают характеристики и надежность космических аппаратов.
Автомобильная промышленность: С ростом числа электрических и гибридных автомобилей керамика на основе нитрида кремния широко используется в таких областях, как турбокомпрессоры и тормозные системы, благодаря своему легкому весу, высокой прочности и термостойкости, что способствует повышению топливной эффективности и безопасности вождения.
Электронная промышленность: Керамика из нитрида кремния широко используется в полупроводниковых приборах, силовых модулях, конденсаторах, а также в электрооборудовании, таком как трансформаторы, распределительные устройства и двигатели, благодаря своим превосходным электроизоляционным свойствам, обеспечивающим безопасность и надежность оборудования.

Благодаря постоянному развитию материаловедения и технологий подготовки материалов, характеристики нитридкремниевой керамики будут и дальше оптимизироваться, а области ее применения расширяться. Например, благодаря модификации с помощью нанотехнологий можно добиться индивидуальных характеристик керамики из нитрида кремния, чтобы удовлетворить более широкий спектр промышленных требований. В то же время, исследования и разработка экологичных и недорогих процессов подготовки будут способствовать популяризации и применению нитридкремниевой керамики в большем количестве областей, содействовать модернизации промышленности и технологическим инновациям.

Керамика на основе нитрида кремния играет незаменимую роль во многих областях промышленности благодаря своим превосходным характеристикам.