氮化硅涂層的性能和優(yōu)勢 - 成都誠發(fā)熱噴涂出品

2021-06-20

性能

密度和比重
氮化硅的理論密度為3100±10kg/m3，實際測得α- Si3N4的真比重為3184 kg/m3，β- Si3N4的真比重為3187 kg/m3。氮化硅陶瓷的體積密度因工藝而變化較大，一般為理論密度的80%以上，大約在2200～3200 kg/m3之間，氣孔率的高低是密度不同的主要原因，反應(yīng)燒結(jié)氮化硅的氣孔率一般在20%左右，密度是2200～2600 kg/m3，而熱壓氮化硅氣孔率在5%以下，密度達(dá)3000～3200 kg/m3，與用途相近的其他材料比較，不僅密度低于所有高溫合金，而且在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷中也是密度較低的一種。

電絕緣性
氮化硅陶瓷可做高溫絕緣材料，其性能指標(biāo)的優(yōu)劣主要取決于合成方式與純度，材料內(nèi)未被氮化的游離硅，在制備中帶入的堿金屬、堿土金屬、鐵、鈦、鎳等雜志，均可惡化氮化硅陶瓷的電性能。一般氮化硅陶瓷在室溫下、在干燥介質(zhì)中的比電阻為1015～1016歐姆，介電常數(shù)是9.4～9.5，在高溫下，氮化硅陶瓷仍保持較高的比電阻值，隨著工藝條件的提高，氮化硅可以進(jìn)入常用電介質(zhì)行列。

熱學(xué)性質(zhì)
燒結(jié)氮化硅 ,其熱膨脹系數(shù)較低 ,為 2. 53×10- 6/℃,導(dǎo)熱率為 18.42 W/ m ·K ,因此它具有優(yōu)良的抗熱震性能 ,僅次于石英和微晶玻璃 ,有實驗報告說明密度為2500 kg/m3的反應(yīng)燒結(jié)氮化硅試樣由1200 ℃冷卻至20℃熱循環(huán)上千次，仍然不破裂，氮化硅陶瓷的熱穩(wěn)定性好，可在高溫中長期使用。在氧化氣氛中可使用到1400℃，在中性或還原氣氛中一直可使用到1850℃。

機械性質(zhì)
氮化硅具有較高的機械強度，一般熱壓制品的抗折強度500～700MPa ,高的可達(dá)1000～1200MPa;反應(yīng)燒結(jié)后的抗折強度200MPa ,高的可300～400MPa。雖然反應(yīng)燒結(jié)制品的室溫強度不高, 但在1200～1350℃的高溫下 ,其強度仍不下降。氮化硅的高溫蠕變小,例如,反應(yīng)燒結(jié)的氮化硅在1200℃時荷重為24MPa,1000h后其形變?yōu)?.5 %。

摩擦系數(shù)與自潤滑性
氮化硅陶瓷摩擦系數(shù)較小，在高溫高速的條件下，摩擦系數(shù)提高幅度也較小，因此能保證機構(gòu)的正常運行，這是它一個突出的優(yōu)點，氮化硅陶瓷開始對磨時滑動摩擦系數(shù)達(dá)到1.0至1.5，經(jīng)精密磨合后，摩擦系數(shù)就大大下降，保持在0.5以下，所以氮化硅陶瓷被認(rèn)為是具有自潤滑性的材料。這種自潤滑性產(chǎn)生的主要原因，不同于石墨，氮化硼，滑石等在于材料組織的鱗片層狀結(jié)構(gòu)。它是在壓力作用下，摩擦表面微量分解形成薄薄得氣膜，從而使摩擦面之間的滑動阻力減少，摩擦面得光潔度增加。這樣越摩擦，阻力越小，磨損量也特別小，而大多數(shù)材料在不斷摩擦后，因表面磨損或溫度升高軟化，摩擦系數(shù)往往逐漸增大。

可機械加工性
氮化硅陶瓷可以通過機械加工的方式來達(dá)到所要求的形狀和精度，表面光潔度。

化學(xué)穩(wěn)定性
氮化硅具有優(yōu)良的化學(xué)性能 ,能耐除氫氟酸以外的所有無機酸和25%以下的氫氧化鈉溶液腐蝕。它耐氧化的溫度可達(dá)1400℃,在還原氣氛中最高可使用到1870℃,對金屬（特別是AL液）尤其對非金屬不潤濕。

從以上氮化硅陶瓷的物理化學(xué)性質(zhì)可知，氮化硅陶瓷的優(yōu)異性能對于現(xiàn)代技術(shù)經(jīng)常遇到的高溫、高速、強腐蝕介質(zhì)的工作環(huán)境，具有特殊的使用價值。

優(yōu)點

（1）機械強度高，硬度接近于剛玉。熱壓氮化硅的室溫抗彎強度可以高達(dá)780—980MPa，有的甚至更高，能與合金鋼相比，而且強度可以一直維持到1200 ℃不下降。

（2）機械自潤滑，表面摩擦系數(shù)小、耐磨損、彈性模量大，耐高溫。

（3）熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱系數(shù)大，抗熱震性好。

（4）密度低，比重小。

（5）耐腐蝕，抗氧化。

（6）電絕緣性好。

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