氮化物陶瓷材料

氮化物陶瓷

氮化物陶瓷是氮與金屬或非金屬元素以共價鍵相結合的難熔化合物為主要成分的陶瓷。

應用較廣的陶瓷有四氮化三硅、氮化硼、氮化鋁等陶瓷。其中以四氮化三硅陶瓷的抗氧化能力最佳，1400℃時開始活性氧化，抗化學腐蝕性很好。有的還具有特殊的機械、介電或導熱性能。和氧化物相比，氮化物抗氧化能力較差，從而限制了其在空氣中的應用。

氮化物陶瓷的燒結較困難。因此其生產(chǎn)成本比氧化物陶瓷高。制作時需先制出優(yōu)質粉末原料，然后采用氮化反應燒結法和熱壓燒結法、熱等靜壓燒結法等制成陶瓷制品。

氮化物陶瓷具有極其優(yōu)良的耐化學腐蝕性能，是制造各種易腐蝕部件的好材料。它能耐幾乎所有的無機酸(氫氟酸除外)和30%以下的燒堿溶液，也能耐很多有機物質的侵蝕。所以可用作制造坩堝、球閥、高溫密封閥、各類水泵的密封件等。

氮化物陶瓷還是一種很好的電絕緣材料，它的電絕緣性能可以和氧化鋁陶瓷相比。它還有透微波的性能，可以用作雷達天線罩。它的介電性能隨溫度的變化甚小，在高溫下至少可用到550°C。它的抗熱震性能在各類陶瓷中是比較優(yōu)越的，這使它可以在六個馬赫(即六倍于音速)，甚至于可在七個馬赫的飛行速度下使用，是制造火箭噴嘴和透平葉片的合適材料。

Si3N4結構陶瓷材料具有許多優(yōu)異的性能，但其致命的弱點就是其脆性。它不像金屬那樣具有塑性變形的能力、具有可滑移的位錯系統(tǒng)，當外加能量超過一定的限度時，它只有以形成新的表面來消耗外加能量，即在陶瓷體內(nèi)形成新的裂紋表面導致災難性破壞。因此，改善和提高陶瓷材料的韌性成為研究者共同關注的課題。目前，Si3N4結構陶瓷的增韌途徑主要有顆粒增韌、晶須或纖維增韌、ZrO2相變增韌及柱狀Si3N4晶粒的自增韌等四種途徑。此外Si3N4陶瓷的制作成本相對較高，使其難以迅速推廣使用，應積極研究Si3N4陶瓷的低成本制作途徑，加速其產(chǎn)業(yè)化進程。