非氧化物陶瓷ppt课件.ppt

第五章非氧化物陶瓷*第一节概述氮化物、碳化物、硅化物和硼化物陶瓷等1,原料在自然界存在少,需要人工合成原料。2,原料合成和陶瓷烧结时,易产生氧化物,必须在保护气氛(Ar、N2)下进行3,非氧化物一般是键能很强的共价键,因此难熔或难烧结。*第二节氮化硅陶瓷一、晶体结构氮化硅是由Si3N4四面体组成的共价键固体。六方晶系*α—Si3N4,针状结晶体灰白色β—Si3N4,颗粒状结晶体深色1200—1600度α—Si3N4不可逆转化β—Si3N4α—Si3N4为低温相;β—Si3N4高温相高纯α—Si3N42000—2150度都不会转化为β—Si3N4杂质如:MgO、Al2O3、Y2O3高温时形成液相溶解—沉积机理*SiCl4—NH3—H2系中加入少量TiCl4,1350—1450度可直接制备β—Si3N4;SiCl4—NH3—H2系在1150度生成沉淀,然后在Ar气1400度热处理6h,仅得到α—Si3N4。低于相变温度的反应烧结Si3N4中,α和β相几乎同时出现低温时,α相对称性低,较容易形成高温时,β相对称性高,热力学稳定*二、Si3N4陶瓷的性能与应用1880s发现,1950s年代大规模研究我国与1970s开始研究高强度、高硬度、耐腐蚀,抗氧化和良好的抗热冲击及机械冲击性,综合性能优良*1,高温难熔化合物无熔点,1900度分解2,热膨胀系数小、—×10-6/K(1000度),与SiC、莫来石相近3,抗热震性能好,抗热振性能在陶瓷中是最好的。300—800度4,高温蠕变小,特别是加入少量SiC后5,具有优异的电绝缘性能。*6,硬度大,仅次愈SiC;耐磨性好且自润滑性好,μ=,与加油的金属表面相似,极优的耐磨材料。7,化学稳定性好,抗氧化性好,表面易生成致密的SiO2保护层,最高使用温度1670度,实际使用已经可达到1400度。8,,KIC=11MPam1/29,化学稳定性好,除氢***酸外,能耐各种酸、王水和碱液的腐蚀,也能抗熔融金属的侵蚀*氮化硅陶瓷等代替合金钢制造陶瓷发动机,其工作温度可达1300℃~1500℃。1998年,美国军方曾做过一次有趣的实验:在演****场200米跑道的起跑线上,停放着两辆坦克,一辆装有500马力的钢质发动机,而另一辆装有同样马力的陶瓷发动机。陶瓷发动机果然身手不凡,那辆坦克仅用了19秒钟就首先到达终点,而钢质发动机坦克在充分预热运转后,用了26秒才跑完全程。陶瓷发动机的热效率高,不仅可节省30%的热能,而且工作功率比钢质发动机提高45%以上。另外,陶瓷发动机无需水冷系统,其密度也只有钢的一半左右,这对减小发动机自身重量也有重要意义。*热压烧结氮化硅陶瓷用于制造形状简单的耐磨、耐高温零件和工具。如切削***、转子发动机刮片、高温轴承等。Si3N4轴承*