Специальная керамика — это класс керамических материалов со специальными механическими, физическими или химическими свойствами. Используемое сырье и требуемые технологии производства значительно отличаются от технологий производства обычной керамики. В зависимости от характеристик и применения специальная керамика может быть разделена на две категории: конструкционная керамика и функциональная керамика. Среди них конструкционная керамика — это керамика, которая может использоваться в качестве конструкционного материала, и обычно обладает высокой прочностью, высокой твердостью, высоким модулем упругости, термостойкостью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, стойкостью к окислению, термостойкостью и другими характеристиками.
Существует множество видов конструкционной керамики, обладающих преимуществами и недостатками, а также различными направлениями применения. Среди них «керамика на основе нитрида кремния», благодаря сбалансированности характеристик во всех аспектах, известна как наиболее совершенный материал в семействе конструкционной керамики и имеет чрезвычайно широкий спектр применения.
Преимущества керамики на основе нитрида кремния
Нитрид кремния (Si3N4) можно разделить на соединения с ковалентными связями, структурной единицей которых является тетраэдр [SiN4]4. Конкретное расположение атомов азота и кремния показано на рисунке ниже: кремний находится в центре тетраэдра, а четыре вершины тетраэдра заняты атомами азота, и, таким образом, каждые три тетраэдра содержат один атом, постоянно расширяясь в трехмерном пространстве. В конечном итоге формируется сетевая структура. Многие свойства нитрида кремния связаны именно с этой тетраэдрической структурой.
Существует три кристаллические структуры нитрида кремния: α, β и γ фазы, из которых α и β фазы являются наиболее распространенными формами нитрида кремния. Благодаря очень прочному соединению атомов азота, нитрид кремния обладает высокой прочностью, твердостью и термостойкостью, достигая твердости HRA91–93; хорошей термостойкостью, выдерживая высокие температуры 1300–1400 ℃; слабой химической реакцией с углеродом и металлическими элементами, что приводит к низкому коэффициенту трения; самосмазывающими свойствами и, следовательно, износостойкостью; высокой коррозионной стойкостью (не вступает в реакцию с плавиковой кислотой, а также не реагирует с другими неорганическими кислотами, обладает высокой термостойкостью; также обладает хорошей термостойкостью: не разрушается при резком охлаждении на воздухе и последующем резком нагреве; ползучесть керамики из нитрида кремния уменьшается при высоких температурах, а медленная пластическая деформация незначительна под действием высокой температуры и фиксированной нагрузки.
Кроме того, керамика на основе нитрида кремния обладает высокой удельной прочностью, высокой удельной проводимостью, отличной электрической структурой и другими преимуществами, поэтому она имеет особую ценность для применения в экстремальных условиях, таких как высокие температуры, высокие скорости, сильные коррозионные среды, и считается одним из наиболее перспективных конструкционных керамических материалов для разработки и применения, часто становясь предпочтительным выбором во многих областях применения, требующих испытаний.
Дата публикации: 15 августа 2023 г.