คำอธิบายของประสิทธิภาพผลิตภัณฑ์หลักเก้าประการของวัสดุซิลิคอนไนไตรด์

คุณสมบัติผลิตภัณฑ์หลักเก้าประการของวัสดุซิลิคอนไนไตรด์

1. องค์ประกอบและโครงสร้าง

สูตรโมเลกุลของซิลิคอนไนไตรด์คือ Si ₃ เอ็น ₄ ซึ่งเป็นสารประกอบพันธะโควาเลนต์ เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์เป็นวัสดุโพลีคริสตัลไลน์ และโครงสร้างผลึกอยู่ในระบบหกเหลี่ยม โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นการวางแนวของผลึกสองแบบ คือ α และ β ซึ่งทั้งสองแบบประกอบด้วย [Siเอ็น ₄ - ⁴ -จัตุรมุข. β-ศรี ₃ เอ็น ₄ มีความสมมาตรสูงและมีปริมาตรฟันกรามน้อย เป็นเฟสเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ที่อุณหภูมิสัมพัทธ์ ในขณะที่ α-Si ₃ เอ็น ₄ ค่อนข้างง่ายที่จะสร้างแบบไดนามิก ที่อุณหภูมิสูง (1,400°C~1800°C) เฟส α จะได้รับการเปลี่ยนแปลงเฟสเพื่อให้กลายเป็นประเภท β การเปลี่ยนแปลงเฟสนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นเฟส α จึงเอื้อต่อการเผาผนึก

2. ลักษณะที่ปรากฏ

ซิลิคอนไนไตรด์ที่ได้จากเฟสคริสตัลต่างกันจะมีลักษณะที่แตกต่างกัน α-ศรี ₃ เอ็น ₄ เป็นขนหลวมสีขาวหรือสีเทาอมเทาหรือคล้ายเข็ม และ β-"Si ₃ เอ็น ₄ มีสีเข้มกว่าและปรากฏเป็นรูปหลายเหลี่ยมแบบเม็ดละเอียดหรือปริซึมสั้น หนวดของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีความโปร่งใสหรือโปร่งแสง และมีลักษณะเป็นสีเทา เทาน้ำเงินถึงเทาดำ ซึ่งแตกต่างกันไปตามความหนาแน่นและอัตราส่วนสัมพัทธ์ และยังแสดงสีอื่น ๆ เนื่องจากสารเติมแต่งอีกด้วย พื้นผิวของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีความแวววาวของโลหะหลังจากการขัดเงา

3. ความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะ

ความหนาแน่นทางทฤษฎีของซิลิคอนไนไตรด์คือ 3100±10กก./ลบ.ม ³ - ความถ่วงจำเพาะที่แท้จริงที่วัดได้จริงของ α-Si ₃ เอ็น ₄ เท่ากับ 3184กก./ม ³ และความถ่วงจำเพาะที่แท้จริงของ β-Si ₃ N ₄ เท่ากับ 3187กก./ม ³ - ความหนาแน่นรวมของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์จะแตกต่างกันไปอย่างมากขึ้นอยู่กับกระบวนการ โดยทั่วไปมากกว่า 80% ของความหนาแน่นทางทฤษฎี ตั้งแต่ 2200 ถึง 3200 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร ³ - สาเหตุหลักที่ทำให้ความหนาแน่นต่างกันคือความพรุน ความพรุนของซิลิคอนไนไตรด์ที่เผาด้วยปฏิกิริยาโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 20% และความหนาแน่นอยู่ที่ 2,200 ถึง 2,600 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร ³ ในขณะที่ความพรุนของซิลิคอนไนไตรด์แบบกดร้อนต่ำกว่า 5% และความหนาแน่นอยู่ที่ 3,000 ถึง 3200 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ³ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุอื่นที่มีการใช้งานคล้ายกัน ไม่เพียงแต่มีความหนาแน่นต่ำกว่าโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงทั้งหมด แต่ยังเป็นหนึ่งในความหนาแน่นต่ำในหมู่เซรามิกโครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูงอีกด้วย

4. ฉนวนไฟฟ้า

เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์สามารถใช้เป็นวัสดุฉนวนอุณหภูมิสูงได้ และตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับวิธีการสังเคราะห์และความบริสุทธิ์ ซิลิคอนไร้ไนไตรด์ในวัสดุ รวมถึงสิ่งเจือปน เช่น โลหะอัลคาไล โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ เหล็ก ไทเทเนียม นิกเกิล ฯลฯ ที่เกิดขึ้นในระหว่างขั้นตอนการเตรียม จะทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ลดลง โดยทั่วไป ความต้านทานจำเพาะของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ในตัวกลางแห้งที่อุณหภูมิห้องคือ 1,015 ~ 1,016 โอห์ม และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกคือ 9.4 ~ 9.5 ที่อุณหภูมิสูง เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ยังคงรักษาค่าความต้านทานจำเพาะที่ค่อนข้างสูงได้ ด้วยการปรับปรุงสภาพกระบวนการ ซิลิคอนไนไตรด์สามารถเข้าสู่อันดับของไดอิเล็กทริกที่ใช้กันทั่วไปได้

V. คุณสมบัติทางความร้อน

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของซิลิคอนไนไตรด์เผาผนึกมีค่าต่ำ ซึ่งอยู่ที่ 2.53×10-6/℃ และค่าการนำความร้อนอยู่ที่ 18.42W/m·K มีความต้านทานแรงกระแทกจากความร้อนได้ดี รองจากแก้วควอทซ์และไมโครคริสตัลไลน์ ตามรายงานการทดลอง ตัวอย่างซิลิคอนไนไตรด์เผาด้วยปฏิกิริยาที่มีความหนาแน่น 2,500 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร ³ ได้รับการระบายความร้อนจาก 1200°C ถึง 20°C และไม่มีการแตกร้าวหลังจากผ่านรอบความร้อนนับพันครั้ง เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีและสามารถใช้งานได้นานที่อุณหภูมิสูง อุณหภูมิการใช้งานในบรรยากาศออกซิไดซ์สามารถเข้าถึง 1,400 ℃ และอุณหภูมิการใช้งานในบรรยากาศที่เป็นกลางหรือลดลงสามารถเข้าถึง 1,850 ℃

วี. คุณสมบัติทางกล

ซิลิคอนไนไตรด์มีความแข็งแรงเชิงกลสูง ความแข็งแรงดัดของผลิตภัณฑ์กดร้อนทั่วไปคือ 500 ~ 700MPa และความแข็งแรงสูงสามารถเข้าถึง 1,000 ~ 1200MPa ความแข็งแรงในการดัดงอหลังจากการเผาผนึกปฏิกิริยาคือ 200MPa และความแข็งแรงสูงสามารถเข้าถึง 300 ~ 400MPa แม้ว่าความแข็งแรงของอุณหภูมิห้องของผลิตภัณฑ์ที่เผาด้วยปฏิกิริยาจะไม่สูง แต่ความแข็งแรงของมันจะไม่ลดลงที่อุณหภูมิสูง 1200~1350°C ซิลิคอนไนไตรด์มีการคืบของอุณหภูมิสูงต่ำ ตัวอย่างเช่น โหลดของซิลิคอนไนไตรด์เผาปฏิกิริยาที่ 1200 ℃ คือ 24MPa และการเสียรูปคือ 0.5% หลังจาก 1,000 ชั่วโมง

ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานและการหล่อลื่นในตัวเอง

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีขนาดเล็ก และการเพิ่มขึ้นของค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานยังมีน้อยภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงและความเร็วสูง ซึ่งสามารถรับประกันการทำงานปกติของกลไก นี่คือข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ เมื่อเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์เริ่มสึกหรอ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อนจะอยู่ที่ 1.0 ถึง 1.5 หลังจากการเจียรที่แม่นยำ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะลดลงอย่างมากและยังคงอยู่ต่ำกว่า 0.5 ดังนั้นเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์จึงถือว่ามีคุณสมบัติในการหล่อลื่นในตัวเอง ต่างจากกราไฟท์ โบรอนไนไตรด์ และแป้ง สาเหตุหลักของการหล่อลื่นในตัวเองนี้อยู่ที่โครงสร้างแบบชั้นของโครงสร้างวัสดุ ภายใต้แรงกดดัน พื้นผิวเสียดสีจะสลายตัวเล็กน้อยเพื่อสร้างฟิล์มอากาศบางๆ ซึ่งจะช่วยลดความต้านทานการเลื่อนระหว่างพื้นผิวเสียดสีและเพิ่มความเรียบของพื้นผิวเสียดสี ด้วยวิธีนี้ ยิ่งแรงเสียดทานมากขึ้น ความต้านทานก็จะน้อยลง และการสึกหรอก็จะน้อยลงเป็นพิเศษ หลังจากการเสียดสีอย่างต่อเนื่อง วัสดุมีแนวโน้มที่จะค่อยๆ เพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีเนื่องจากการสึกหรอของพื้นผิวหรือการอ่อนตัวลงเนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

8. ความสามารถในการแปรรูป

เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์สามารถกลึงตามรูปร่าง ความแม่นยำ และพื้นผิวที่ต้องการได้

ทรงเครื่อง ความเสถียรทางเคมี

ซิลิคอนไนไตรด์มีคุณสมบัติทางเคมีที่ดีและสามารถต้านทานการกัดกร่อนจากกรดอนินทรีย์ทุกชนิด ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริกและสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์น้อยกว่า 25% อุณหภูมิต้านทานการเกิดออกซิเดชันสามารถเข้าถึง 1,400 ℃ และอุณหภูมิการใช้งานในบรรยากาศรีดิวซ์สามารถเข้าถึง 1,870 ℃ มันไม่เปียกบนโลหะ (โดยเฉพาะของเหลวอะลูมิเนียม) และยิ่งกว่านั้นบนอโลหะอีกด้วย

จากคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีข้างต้นของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ จะเห็นได้ว่าประสิทธิภาพที่ดีของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีค่าการใช้งานพิเศษสำหรับสภาพแวดล้อมการทำงานของอุณหภูมิสูง ความเร็วสูง และมีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรงที่มักพบในเทคโนโลยีสมัยใหม่ ข้อดีที่โดดเด่นของมันคือ:

มันมีประเด็นดังต่อไปนี้:

(1) ความแข็งแรงเชิงกลสูงและความแข็งใกล้เคียงกับคอรันดัม ความแข็งแรงในการดัดงอที่อุณหภูมิห้องของซิลิกอนไนไตรด์แบบกดร้อนอาจสูงถึง 780-980MPa บางชนิดอาจสูงกว่าโลหะผสมเหล็กด้วยซ้ำ และสามารถรักษาความแข็งแรงได้ถึง 1200 ℃ โดยไม่ย่อยสลาย

(2) การหล่อลื่นด้วยตนเองทางกล ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานพื้นผิวต่ำ ความต้านทานการสึกหรอ โมดูลัสยืดหยุ่นสูง และความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง

(3) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ การนำความร้อนสูง และความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่ดี

(4) ความหนาแน่นต่ำและความถ่วงจำเพาะต่ำ

(5) ความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน

(6) ฉนวนไฟฟ้าที่ดี