Penerangan mengenai sembilan prestasi produk utama bahan silikon nitrida

Sembilan ciri produk utama bahan silikon nitrida

1. Komposisi dan struktur

Formula molekul silikon nitrida ialah Si ₃ N ₄ , yang merupakan sebatian ikatan kovalen. Seramik silikon nitrida adalah bahan polihabluran, dan struktur kristalnya tergolong dalam sistem heksagon. Secara amnya dibahagikan kepada dua orientasi kristal, α dan β, kedua-duanya terdiri daripada [SiN ₄ ] ⁴ -tetrahedron. β-Si ₃ N ₄ mempunyai simetri yang tinggi dan isipadu molar yang kecil. Ia adalah fasa stabil secara termodinamik pada suhu relatif, manakala α-Si ₃ N ₄ agak mudah dibentuk secara dinamik. Pada suhu tinggi (1400℃～1800℃), fasa α akan mengalami perubahan fasa menjadi jenis β. Perubahan fasa ini tidak boleh diterbalikkan, jadi fasa α adalah kondusif untuk pensinteran.

2. Rupa

Silikon nitrida yang diperoleh daripada fasa kristal yang berbeza mempunyai rupa yang berbeza. α-Si ₃ N ₄ ialah bulu longgar putih atau kelabu putih atau seperti jarum, dan β-"Si ₃ N ₄ berwarna lebih gelap dan kelihatan sebagai polihedron berbutir padat atau prisma pendek. Misai seramik silikon nitrida adalah lutsinar atau lut sinar, dan rupanya adalah kelabu, biru-kelabu hingga kelabu-hitam, yang berbeza-beza mengikut ketumpatan dan nisbah relatif, dan juga memberikan warna lain kerana bahan tambahan. Permukaan seramik silikon nitrida mempunyai kilauan logam selepas digilap.

3. Ketumpatan dan graviti tentu

Ketumpatan teori silikon nitrida ialah 3100±10kg/m ³ . Graviti tentu sebenar α-Si yang diukur sebenar ₃ N ₄ ialah 3184kg/m ³ , dan graviti tentu sebenar β-Si ₃ N ₄ ialah 3187kg/m ³ . Ketumpatan pukal seramik silikon nitrida sangat berbeza bergantung pada proses, secara amnya lebih daripada 80% daripada ketumpatan teori, antara 2200 hingga 3200kg/m ³ . Sebab utama perbezaan ketumpatan adalah keliangan. Keliangan silikon nitrida tersinter tindak balas biasanya sekitar 20%, dan ketumpatan adalah 2200 hingga 2600kg/m ³ , manakala keliangan silikon nitrida yang ditekan panas adalah di bawah 5%, dan ketumpatan adalah 3000 hingga 3200kg/m ³ .Berbanding dengan bahan lain dengan kegunaan yang sama, ia bukan sahaja lebih rendah ketumpatan daripada semua aloi suhu tinggi tetapi juga salah satu daripada ketumpatan rendah di kalangan seramik struktur suhu tinggi.

4. Penebat elektrik

Seramik silikon nitrida boleh digunakan sebagai bahan penebat suhu tinggi, dan penunjuk prestasinya bergantung terutamanya pada kaedah sintesis dan ketulenan. Silikon tanpa nitrid dalam bahan, serta kekotoran seperti logam alkali, logam alkali tanah, besi, titanium, nikel, dsb. yang diperkenalkan semasa proses penyediaan, akan merosot sifat elektrik seramik silikon nitrida. Secara amnya, rintangan khusus seramik silikon nitrida dalam medium kering pada suhu bilik ialah 1015~1016 ohm, dan pemalar dielektrik ialah 9.4~9.5. Pada suhu tinggi, seramik silikon nitrida masih mengekalkan nilai rintangan spesifik yang agak tinggi. Dengan peningkatan keadaan proses, silikon nitrida boleh memasuki peringkat dielektrik yang biasa digunakan.

V. Sifat terma

Pekali pengembangan haba silikon nitrida tersinter adalah rendah, iaitu 2.53×10-6/℃, dan kekonduksian terma ialah 18.42W/m·K. Ia mempunyai rintangan kejutan haba yang baik, kedua selepas kaca kuarza dan mikrokristalin. Menurut laporan eksperimen, sampel silikon nitrida tersinter tindak balas dengan ketumpatan 2500kg/m ³ telah disejukkan dari 1200 ℃ hingga 20 ℃, dan ia tidak retak selepas beribu-ribu kitaran haba. Seramik silikon nitrida mempunyai kestabilan haba yang baik dan boleh digunakan untuk masa yang lama pada suhu tinggi. Suhu penggunaan dalam suasana pengoksidaan boleh mencapai 1400 ℃, dan suhu penggunaan dalam suasana neutral atau pengurangan boleh mencapai 1850 ℃.

VI. Sifat mekanikal

Silikon nitrida mempunyai kekuatan mekanikal yang tinggi. Kekuatan lenturan produk ditekan panas am ialah 500~700MPa, dan kekuatan tinggi boleh mencapai 1000~1200MPa; kekuatan lenturan selepas pensinteran tindak balas ialah 200MPa, dan kekuatan tinggi boleh mencapai 300 ~ 400MPa. Walaupun kekuatan suhu bilik produk tersinter reaksi tidak tinggi, kekuatannya tidak berkurangan pada suhu tinggi 1200~1350 ℃. Silikon nitrida mempunyai rayapan suhu tinggi yang rendah. Sebagai contoh, beban silikon nitrida tersinter tindak balas pada 1200 ℃ ialah 24MPa, dan ubah bentuk ialah 0.5% selepas 1000h.

VII. Pekali geseran dan pelinciran diri

Pekali geseran seramik silikon nitrida adalah kecil, dan peningkatan pekali geseran juga kecil di bawah keadaan suhu tinggi dan kelajuan tinggi, yang dapat memastikan operasi normal mekanisme. Ini adalah kelebihan utama seramik silikon nitrida. Apabila seramik silikon nitrida mula haus, pekali geseran gelongsor mencapai 1.0 hingga 1.5. Selepas pengisaran ketepatan, pekali geseran sangat berkurangan dan kekal di bawah 0.5. Oleh itu, seramik silikon nitrida dianggap mempunyai sifat pelincir sendiri. Tidak seperti grafit, boron nitrida, dan talc, sebab utama pelinciran diri ini terletak pada struktur berlapis struktur bahan. Di bawah tekanan, permukaan geseran sedikit terurai untuk membentuk filem udara nipis, yang mengurangkan rintangan gelongsor antara permukaan geseran dan meningkatkan kelicinan permukaan geseran. Dengan cara ini, lebih besar geseran, lebih kecil rintangan, dan haus adalah sangat kecil. Selepas geseran berterusan, bahan cenderung untuk meningkatkan pekali geserannya secara beransur-ansur kerana haus permukaan atau pelembutan akibat peningkatan suhu.

VIII. Kebolehmesinan

Seramik silikon nitrida boleh dimesin mengikut bentuk, ketepatan dan kemasan permukaan yang dikehendaki.

IX. Kestabilan kimia

Silikon nitrida mempunyai sifat kimia yang baik dan boleh menahan kakisan daripada semua asid tak organik kecuali asid hidrofluorik dan larutan natrium hidroksida kurang daripada 25%. Suhu rintangan pengoksidaan boleh mencapai 1400 ℃, dan suhu penggunaannya dalam suasana pengurangan boleh mencapai 1870 ℃. Ia tidak basah pada logam (terutama cecair aluminium) dan lebih-lebih lagi pada bukan logam.

Daripada sifat fizikal dan kimia seramik silikon nitrida di atas, dapat dilihat bahawa prestasi baik seramik silikon nitrida mempunyai nilai aplikasi khas untuk persekitaran kerja suhu tinggi, kelajuan tinggi, dan media menghakis kuat yang sering ditemui dalam teknologi moden. Kelebihannya yang luar biasa ialah:

Ia mempunyai perkara berikut:

(1) Kekuatan mekanikal yang tinggi dan kekerasan yang hampir dengan korundum. Kekuatan lenturan suhu bilik nitrida silikon yang ditekan panas boleh setinggi 780-980MPa, ada yang lebih tinggi daripada keluli aloi, dan kekuatan boleh dikekalkan sehingga 1200 ℃ tanpa degradasi.

(2) Pelinciran diri mekanikal, pekali geseran permukaan rendah, rintangan haus, modulus keanjalan tinggi, dan rintangan suhu tinggi.

(3) Pekali pengembangan haba yang rendah, kekonduksian haba yang tinggi, dan rintangan kejutan haba yang baik.

(4) Ketumpatan rendah dan graviti tentu rendah.

(5) Rintangan kakisan dan rintangan pengoksidaan.

(6) Penebat elektrik yang baik.