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氮化硅陶瓷的特點和應用詳細介紹
  • 作者:    來源:宜興市前錦特陶科技有限公司    時間:2021-12-9    點擊:740

制作陶瓷球的常用材料為氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氧化鋁(Al2O3)和氧化鋯(ZrO2)。在這4種陶瓷材料軸承球中,氮化硅的綜合性能最好。

氮化硅具備耐高溫、耐腐蝕、電絕緣、無磁性、高強度、密度小等性能。氮化硅陶瓷球是在非氧化氣氛中高溫燒結的精密陶瓷,具有高強度,高耐磨性,耐高溫,耐腐蝕,耐酸、堿、可在海水中長期使用,并具有絕電絕磁的良好性能。在800。C時,強度、硬度幾乎不變,旋轉時離心力小,可以實現高速運轉。還具有自潤滑性,它可以使用到無潤滑介質高污染的環境中,是陶瓷軸承、混合陶瓷球軸承的首選球珠。


Si3N。是以共價鍵為主的化合物,鍵強大,鍵的方向性強,結構中缺陷的形成和遷移需要的能量大,具有穩定的晶格結構,斷鍵非常困難,位錯的滑移也很困難,因此具備較高的硬度。


氮化硅球與軸承鋼球的比較同體積狀態下,氮化硅球重量比鋼球輕59%,大大減少高速和加速運轉時對旋轉軌道的離心力、碾壓及磨損,利于實現高速性能并可以提高旋壓環的使用壽命;彈性模量比鋼大44%,硬度是軸承鋼的2倍多,意味著受力時變形量相比鋼球大為減少,有利于提高銅管表面平整度。



1、氮化硅陶瓷特性:氮化硅的強度很高,尤其是熱壓氮化硅,具有很強的耐高溫性,氮化硅是一種高性能電絕緣材料,氮化硅還具有很強的耐腐蝕性。氮化硅陶瓷具有高強度、耐高溫的特點,在陶瓷材料中其綜合力學性能最好,耐熱震性能、抗氧化性能、耐磨損性能、耐蝕性能好,是熱機部件用陶瓷的第一候選材料。

2、氮化硅陶瓷應用:它廣泛應用于航天航空、軍工、化學、汽車部件、電子設備、光伏、醫療設備、鋰電池、奢飾品、智能穿戴等領域;也用于各種小型家用電器的恒溫器,絕緣零件,各種熱力設備,電器,鐵結構建筑,造船等;陶瓷環也可用于激光器和工業。 


應用范圍:
一、在冶金工業中的應用


1、燒結氮化硅,其線膨脹系數低,因此它具有良好的抗熱震性能,僅次于石英和微晶玻璃;


2、氮化硅的摩擦系數小并且具有自潤滑性,它具有優良的耐磨性,是出色的耐磨材料;


3、氮化硅具有較高的機械強度,它的高溫蠕變性小;


4、具有優良的電絕緣性;


5、具有優良的化學性能,能耐除氫氟酸以外的所有無機酸和某些堿的腐蝕。






二、在化工工業中的應用


1、在煉鋁、銅、鋅等行業中的應用


在鑄鋁連軋生產線和煉鋁、熔鋁作業中,氮化硅陶瓷可作為測溫熱電偶套管,還可以作煉鋁熔煉爐爐襯、盛鋁液的“包子”內襯、坩堝等,甚至輸送鋁液的泵、管道、閥門、鑄鋁的模具,全都可用氮化硅做成。


2、在煉鋼及軋鋼行業的應用


氮化硅作為耐火材料在煉鋼行業中最重要的作用是作為水平連鑄的分離環。在水平連鑄中,分離環把鋼液流分成熔融鋼液區和鋼液開始凝固區,起著分離鋼的液固界面的作用,對保持穩定的鋼液凝固起點和鑄坯質量起著極大的作用。


3、在煉鐵行業中的應用


近年來,高爐用氮化硅及塞隆結合碳化硅制品有很快的發展。國內已有約61%的高爐采用它,特別是爐缸直徑為12-15m的大型高爐。實驗表明,氮化硅抗渣蝕性和抗氧化性良好。


4、在金屬熱處理行業的應用


用氮化硅陶瓷做成心軸套住要處理的齒輪,在感應爐內于45s從室溫加熱至900℃,然后帶齒輪清油淬火,周而復始,每周操作5000次,連續使用一年多,到哪華貴陶瓷心軸僅有輕微的磨損。氮化硅陶瓷在真空熱處理中作為工件的夾具和發熱體的鉤等都是很合適的,因為它具有耐高溫和高溫下尺寸穩定的特點。


5、用于多孔陶瓷的制備


多孔氮化硅陶瓷兼具氮化硅陶瓷與多孔材料的性質,既具有氮化硅陶瓷的強度高、韌性好、抗蠕變性好、結構穩定性好、抗雨蝕、抗熱沖擊性能優良的特點,也具有多孔材料密度小,介電常數和介電損耗小的特性。因此,多孔氮化硅可以應用于航空、航天領域,作為在惡劣環境下使用的天線罩材料。用氮化硅陶瓷制造的雷達天線罩可以在6-7Ma的高速飛行器使用,其強度高、抗熱震性和抗雨蝕性好。






三、在機械領域中的應用


1、用于汽車發動機節能減排


汽車的陶瓷材料是采用高純超細的氧化物、氮化物、硼化物等原料,經過預處理、破碎、磨粉、混合、成形、干燥、燒結等特殊工藝而得到的結構精細的無機非金屬材料。它具有高強度、高耐熱性、抗蝕性、高硬度、高耐磨性、密度小、變形小,抗熱沖擊等一系列優點,特別是抗拉強度和彎曲強度可與金屬相比。用氮化硅陶瓷材料制造發動機,由于溫度提高,可使燃料充分燃燒,排出的廢氣中污染成分大幅度的降低,不僅降低能耗,并且減少了環境污染。






四、在航天航空領域中的應用


專家指出,航空發動機平均使用時間超過上千個小時后,存在發動機抗高溫的問題,必須由隔熱陶瓷解決。同時,要減少油耗,就必須減輕飛機重量,陶瓷發動機有助于實現這個目標。






五、在醫學領域中的應用


在醫學工程上可以制成人工關節。


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