氮化硅(氮化硅陶瓷主要用途)
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2023-10-26
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1. 氮化硅,氮化硅陶瓷主要用途?
可以耐高温又不容易破碎,人们在制作陶瓷的粘土里加了些金属粉,因此制成了金属陶瓷。
由一种或几种陶瓷相与金属相或合金所组成的复合材料。广义的金属陶瓷还包括难熔化合物合金、硬质合金、金属粘结的金刚石工具材料。金属陶瓷中的陶瓷相是具有高熔点 、高硬度的氧化物或难熔化合物,金属相主要是过渡元素(铁、钴、镍、铬、钨、钼等)及其合金。金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性,又具有陶瓷的耐高温 、耐腐蚀和耐磨损等特性。根据各组成相所占百分比不同,金属陶瓷分为以陶瓷为基质和以金属为基质两类。
陶瓷基金属陶瓷主要有:①氧化物基金属陶瓷。以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等为基体,与金属钨、铬或钴复合而成,具有耐高温、抗化学腐蚀、导热性好、机械强度高等特点,可用作导弹喷管衬套、熔炼金属的坩埚和金属切削刀具。②碳化物基金属陶瓷。以碳化钛、碳化硅、碳化钨等为基体,与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合而成,具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点,用于制造切削刀具 、高温轴承、密封环、捡丝模套及透平叶片。③氮化物基金属陶瓷。以氮化钛、氮化硼、氮化硅和氮化钽为基体,具有超硬性、抗热振性和良好的高温蠕变性,应用较少。
金属基金属陶瓷是在金属基体中加入氧化物细粉制得 ,又称弥散增强材料 。主要有烧结铝(铝-氧化铝) 、烧结铍(铍-氧化铍)、TD镍(镍-氧化钍)等。烧结铝中的氧化铝含量约5%~15%,与合金铝比,其高温强度高、密度小、易加工、耐腐蚀、导热性好。常用于制造飞机和导弹的结构件、发动机活塞、化工机械零件等。
金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点,它密度小、硬度高、耐磨、导热性好,不会因为骤冷或骤热而脆裂。另外,在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的陶瓷涂层,也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。
金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等地方。
2. 氮化硅纤维的优缺点?
氮化硅纤维具有许多优点,如高强度、高模量、低密度、耐高温、抗腐蚀和机械性能好等。它还可以用作复合材料中的增强纤维,以提高材料的强度和韧性。然而,氮化硅纤维也有一些缺点,如加工难度大、成本高、生长速度慢等。此外,它还可能受到化学侵蚀和氧化。因此,氮化硅纤维在实际应用中需要根据具体需求进行权衡和选择。
3. 碳化硅有什么区别吗?
氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料。是一种超硬物质具有润滑性,耐磨损,为原子晶体,高温时抗氧化。抵抗冷热冲击,加热到1000℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂。
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
氧化锆自然界的氧化锆矿物原料,主要有斜锆石和锆英石。锆英石系火成岩深层矿物,颜色有淡黄、棕黄、黄绿等,比重4.6-4.7,硬度7.5,具有强烈的金属光泽,可为陶瓷釉用原料。
碳化硼别名黑钻石,分子式为B4C,通常为灰黑色微粉。是已知最坚硬的三种材料之一(其他两种为金刚石、立方相氮化硼),用于坦克车的装甲、避弹衣和很多工业应用品中。它的摩氏硬度为9.3。
它在19世纪作为金属硼化物研究的副产品被发现,直到1930年代才被科学地研究。碳化硼可由电炉中用碳还原三氧化二硼制得。
碳化硼可以吸收大量的中子而不会形成任何放射性同位素,因此它在核能发电场里它是很理想的中子吸收剂,而中子吸收剂主要是控制核分裂的速率。碳化硼在核反应炉场里主要是做成可控制的棒状,但有的时候会因为要增加表面积而把它制成粉末状。因具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点。在耐磨材料、陶瓷增强相,尤其在轻质装甲,反应堆中子吸收剂等方面使用而且成本低
碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。
碳化硅在大自然也存在罕见的矿物,莫桑石。 碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中,碳化硅为应用最广泛、最经济的一种,可以称为金钢砂或耐火砂。 目前中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种,均为六方晶体,比重为3.20~3.25显微硬度为2840~3320kg/mm2。
4. 氮化硅结构式?
氮化硅是一种无机物,化学式为Si3N4。它是一种重要的结构陶瓷材料,硬度大,本身具有润滑性,并且耐磨损,为原子晶体;高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击,在空气中加热到1000℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性,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。
如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面,不仅可以提高柴油机质量,节省燃料,而且能够提高热效率。中国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机
5. 亚氨基硅制备氮化硅方程式?
(1)硅粉直接氮化法
硅粉直接氮化法是最早的制备氮化硅粉体所用的方法,目前仍然在国内广泛的使用。该方法比较简单,成本较低,将金属硅粉置于氮气或者氨气的气氛下加热,金属硅粉与氮源直接反应生成氮化硅粉体。其反应方程式如下:
3Si+2N2(g)=Si3N4 (1)
3Si+4NH3(g)=Si3N4+6H2(g) (2)
这种方法成本较低、所需设备要求也不高,然而,金属硅粉的氮化反应是一个放热反应,如果氮化过程中热量不能及时释放,会使得附近的金属硅粉熔化,严重的影响氮化反应。因此,这种工艺必须严格的控制氮化温度、氮化速度、原料的粒度以及稀释剂的浓度等。合成的氮化硅为不均匀的块状,因此,还需要用球磨或者其他的方法制备成氮化硅粉末,效率不高,在过程中还容易引入杂质;
(2)碳热还原法
碳热还原法是在高温氮气环境下,用碳还原SiO2粉,SiO2首先被还原成气相SiO,气相SiO和气氛中的氮气反应生成氮化硅,其总反应方程式如下:
3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)=Si3N4(s)+6CO(g) (3)
碳热还原法所用的原料成本较低,制备的粉末产品粒度小,反应速度快,α-Si3N4含量高,适合大规模的生产。然而,这种方法制备的氮化硅粉末中经常含有残余的碳或者碳化硅,所以制备的粉末纯度不高,影响了产品的质量和应用。
(3)热分解法
这种方法利用低温下的SiCl4与氨气发生反应得到固相的亚氨基硅(Si(NH2)或胺基硅(Si(NH2)4),这两种硅化物在高温下分解可以得到氮化硅粉末。这种方法反应效率高,可以在短时间内制备大量的纯度较高的氮化硅粉末。这种方法制备的氮化硅粉末粒径均匀,纯度高,是制备高质量的氮化硅粉末所使用的工艺。目前,这种方法已经成为商业化高纯高质量氮化硅粉末生产所使用的最主要的方法;
(4)溶胶-凝胶法
溶胶凝胶法是一种制备均匀的,高质量的氮化硅粉体的方法,通常利用高活性的硅源作为前驱体,在液相存在的情况下,将原料均匀的混合,形成稳定不聚沉的溶胶。经陈化后,缓慢聚合成凝胶,再经干燥-烧结后可制备纳米级别的氮化硅粉体。这种方法克服了其他方法混料不均匀,粒度分布差距较大的缺点。
(5)化学气相反应法
高温化学气相反应法(CVD)是利用气态的硅源,例如SiCl4和SiH4等,与气态的氮源如NH3反应,而制备出高纯的,超细的氮化硅粉末的方法,反应方程式如下:
3SiCl4(g)+16NH3(g)=Si3N4(s)+12NH4Cl(g) (4)
3SiH4(g)+4NH3(g)=Si3N4(S)+12H2(g) (5)
由于其反应过程为气相反应过程,其混合均匀,反应过程速度很快,很容易通过控制气相的流动来控制反应的进度;
(6)自蔓延高温合成法
自蔓延高温合成又称为SHS,是利用化学反应放出的热量作为热源,对邻近反应物进行加热,使反应得以持续和传导的一种合成技术。反应一旦开始,不需要外界提供能量,反应依靠自身放热一直持续下去,直到反应完全结束。
由于硅粉的氮化是大量放热反应,所以,氮化硅可以利用自蔓延合成的方式来制备其生产设备和工艺都比较简单,反应速度快^以这种方式制备的氮化硅粉末纯度高,烧结活性好。然而,这种工艺需要控制好热量的扩散,如扩散不好,其容易发生大童的熔硅现象而阻止氮化反应。
6. 氮化硅硬度排名?
氮化硅是一种高硬度的陶瓷材料,其硬度排名较高。根据莫氏硬度标准,氮化硅的硬度大约为9.2,仅次于钻石和碳化硼。因此,氮化硅在工业领域中被广泛应用,例如作为切削工具、磨料、陶瓷轴承和热障涂层等。此外,氮化硅还具有高温稳定性和耐腐蚀性等优良性能,这使得它在航空航天、能源、电子等领域中也有着广阔的应用前景。
7. 晶硅中氮化硅导电吗?
不能。
氮化硅的结构与金刚石相似,也是原子晶体,硬度超过金刚石。电子没有传递的通道,所以不能导电。
氮化硅是一种无机物,化学式为Si3N4。它是一种重要的结构陶瓷材料,硬度大,本身具有润滑性,并且耐磨损,为原子晶体;高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击,在空气中加热到1000℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性,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。
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1. 氮化硅,氮化硅陶瓷主要用途?
可以耐高温又不容易破碎,人们在制作陶瓷的粘土里加了些金属粉,因此制成了金属陶瓷。
由一种或几种陶瓷相与金属相或合金所组成的复合材料。广义的金属陶瓷还包括难熔化合物合金、硬质合金、金属粘结的金刚石工具材料。金属陶瓷中的陶瓷相是具有高熔点 、高硬度的氧化物或难熔化合物,金属相主要是过渡元素(铁、钴、镍、铬、钨、钼等)及其合金。金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性,又具有陶瓷的耐高温 、耐腐蚀和耐磨损等特性。根据各组成相所占百分比不同,金属陶瓷分为以陶瓷为基质和以金属为基质两类。
陶瓷基金属陶瓷主要有:①氧化物基金属陶瓷。以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等为基体,与金属钨、铬或钴复合而成,具有耐高温、抗化学腐蚀、导热性好、机械强度高等特点,可用作导弹喷管衬套、熔炼金属的坩埚和金属切削刀具。②碳化物基金属陶瓷。以碳化钛、碳化硅、碳化钨等为基体,与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合而成,具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点,用于制造切削刀具 、高温轴承、密封环、捡丝模套及透平叶片。③氮化物基金属陶瓷。以氮化钛、氮化硼、氮化硅和氮化钽为基体,具有超硬性、抗热振性和良好的高温蠕变性,应用较少。
金属基金属陶瓷是在金属基体中加入氧化物细粉制得 ,又称弥散增强材料 。主要有烧结铝(铝-氧化铝) 、烧结铍(铍-氧化铍)、TD镍(镍-氧化钍)等。烧结铝中的氧化铝含量约5%~15%,与合金铝比,其高温强度高、密度小、易加工、耐腐蚀、导热性好。常用于制造飞机和导弹的结构件、发动机活塞、化工机械零件等。
金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点,它密度小、硬度高、耐磨、导热性好,不会因为骤冷或骤热而脆裂。另外,在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的陶瓷涂层,也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。
金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等地方。
2. 氮化硅纤维的优缺点?
氮化硅纤维具有许多优点,如高强度、高模量、低密度、耐高温、抗腐蚀和机械性能好等。它还可以用作复合材料中的增强纤维,以提高材料的强度和韧性。然而,氮化硅纤维也有一些缺点,如加工难度大、成本高、生长速度慢等。此外,它还可能受到化学侵蚀和氧化。因此,氮化硅纤维在实际应用中需要根据具体需求进行权衡和选择。
3. 碳化硅有什么区别吗?
氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料。是一种超硬物质具有润滑性,耐磨损,为原子晶体,高温时抗氧化。抵抗冷热冲击,加热到1000℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂。
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
氧化锆自然界的氧化锆矿物原料,主要有斜锆石和锆英石。锆英石系火成岩深层矿物,颜色有淡黄、棕黄、黄绿等,比重4.6-4.7,硬度7.5,具有强烈的金属光泽,可为陶瓷釉用原料。
碳化硼别名黑钻石,分子式为B4C,通常为灰黑色微粉。是已知最坚硬的三种材料之一(其他两种为金刚石、立方相氮化硼),用于坦克车的装甲、避弹衣和很多工业应用品中。它的摩氏硬度为9.3。
它在19世纪作为金属硼化物研究的副产品被发现,直到1930年代才被科学地研究。碳化硼可由电炉中用碳还原三氧化二硼制得。
碳化硼可以吸收大量的中子而不会形成任何放射性同位素,因此它在核能发电场里它是很理想的中子吸收剂,而中子吸收剂主要是控制核分裂的速率。碳化硼在核反应炉场里主要是做成可控制的棒状,但有的时候会因为要增加表面积而把它制成粉末状。因具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点。在耐磨材料、陶瓷增强相,尤其在轻质装甲,反应堆中子吸收剂等方面使用而且成本低
碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。
碳化硅在大自然也存在罕见的矿物,莫桑石。 碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中,碳化硅为应用最广泛、最经济的一种,可以称为金钢砂或耐火砂。 目前中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种,均为六方晶体,比重为3.20~3.25显微硬度为2840~3320kg/mm2。
4. 氮化硅结构式?
氮化硅是一种无机物,化学式为Si3N4。它是一种重要的结构陶瓷材料,硬度大,本身具有润滑性,并且耐磨损,为原子晶体;高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击,在空气中加热到1000℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性,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。
如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面,不仅可以提高柴油机质量,节省燃料,而且能够提高热效率。中国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机
5. 亚氨基硅制备氮化硅方程式?
(1)硅粉直接氮化法
硅粉直接氮化法是最早的制备氮化硅粉体所用的方法,目前仍然在国内广泛的使用。该方法比较简单,成本较低,将金属硅粉置于氮气或者氨气的气氛下加热,金属硅粉与氮源直接反应生成氮化硅粉体。其反应方程式如下:
3Si+2N2(g)=Si3N4 (1)
3Si+4NH3(g)=Si3N4+6H2(g) (2)
这种方法成本较低、所需设备要求也不高,然而,金属硅粉的氮化反应是一个放热反应,如果氮化过程中热量不能及时释放,会使得附近的金属硅粉熔化,严重的影响氮化反应。因此,这种工艺必须严格的控制氮化温度、氮化速度、原料的粒度以及稀释剂的浓度等。合成的氮化硅为不均匀的块状,因此,还需要用球磨或者其他的方法制备成氮化硅粉末,效率不高,在过程中还容易引入杂质;
(2)碳热还原法
碳热还原法是在高温氮气环境下,用碳还原SiO2粉,SiO2首先被还原成气相SiO,气相SiO和气氛中的氮气反应生成氮化硅,其总反应方程式如下:
3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)=Si3N4(s)+6CO(g) (3)
碳热还原法所用的原料成本较低,制备的粉末产品粒度小,反应速度快,α-Si3N4含量高,适合大规模的生产。然而,这种方法制备的氮化硅粉末中经常含有残余的碳或者碳化硅,所以制备的粉末纯度不高,影响了产品的质量和应用。
(3)热分解法
这种方法利用低温下的SiCl4与氨气发生反应得到固相的亚氨基硅(Si(NH2)或胺基硅(Si(NH2)4),这两种硅化物在高温下分解可以得到氮化硅粉末。这种方法反应效率高,可以在短时间内制备大量的纯度较高的氮化硅粉末。这种方法制备的氮化硅粉末粒径均匀,纯度高,是制备高质量的氮化硅粉末所使用的工艺。目前,这种方法已经成为商业化高纯高质量氮化硅粉末生产所使用的最主要的方法;
(4)溶胶-凝胶法
溶胶凝胶法是一种制备均匀的,高质量的氮化硅粉体的方法,通常利用高活性的硅源作为前驱体,在液相存在的情况下,将原料均匀的混合,形成稳定不聚沉的溶胶。经陈化后,缓慢聚合成凝胶,再经干燥-烧结后可制备纳米级别的氮化硅粉体。这种方法克服了其他方法混料不均匀,粒度分布差距较大的缺点。
(5)化学气相反应法
高温化学气相反应法(CVD)是利用气态的硅源,例如SiCl4和SiH4等,与气态的氮源如NH3反应,而制备出高纯的,超细的氮化硅粉末的方法,反应方程式如下:
3SiCl4(g)+16NH3(g)=Si3N4(s)+12NH4Cl(g) (4)
3SiH4(g)+4NH3(g)=Si3N4(S)+12H2(g) (5)
由于其反应过程为气相反应过程,其混合均匀,反应过程速度很快,很容易通过控制气相的流动来控制反应的进度;
(6)自蔓延高温合成法
自蔓延高温合成又称为SHS,是利用化学反应放出的热量作为热源,对邻近反应物进行加热,使反应得以持续和传导的一种合成技术。反应一旦开始,不需要外界提供能量,反应依靠自身放热一直持续下去,直到反应完全结束。
由于硅粉的氮化是大量放热反应,所以,氮化硅可以利用自蔓延合成的方式来制备其生产设备和工艺都比较简单,反应速度快^以这种方式制备的氮化硅粉末纯度高,烧结活性好。然而,这种工艺需要控制好热量的扩散,如扩散不好,其容易发生大童的熔硅现象而阻止氮化反应。
6. 氮化硅硬度排名?
氮化硅是一种高硬度的陶瓷材料,其硬度排名较高。根据莫氏硬度标准,氮化硅的硬度大约为9.2,仅次于钻石和碳化硼。因此,氮化硅在工业领域中被广泛应用,例如作为切削工具、磨料、陶瓷轴承和热障涂层等。此外,氮化硅还具有高温稳定性和耐腐蚀性等优良性能,这使得它在航空航天、能源、电子等领域中也有着广阔的应用前景。
7. 晶硅中氮化硅导电吗?
不能。
氮化硅的结构与金刚石相似,也是原子晶体,硬度超过金刚石。电子没有传递的通道,所以不能导电。
氮化硅是一种无机物,化学式为Si3N4。它是一种重要的结构陶瓷材料,硬度大,本身具有润滑性,并且耐磨损,为原子晶体;高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击,在空气中加热到1000℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性,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。
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