中國(guó)粉體網(wǎng)訊 氮化硅是一百多年前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的氮和硅的化合物,，最早在德國(guó)合成，20世紀(jì)50年代才開(kāi)始有應(yīng)用,。作為工程材料,，到60年代受到重視。氮化硅是人工合成的物質(zhì),，自然界尚未發(fā)現(xiàn)有天然存在的氮化硅,。
氮化硅陶瓷作為一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，具有強(qiáng)度高,、抗熱震穩(wěn)定性好、高溫蠕變小,、耐磨,、優(yōu)良的抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，是優(yōu)良的工程陶瓷之一,。雖然氮化硅具有良好的性能,，但是它也具有陶瓷的共性——脆性。脆性這一致命弱點(diǎn),，使其在應(yīng)用中的可靠性得不到保障,。因此改善其韌性，提高其可靠性一直是氮化硅陶瓷研究的一個(gè)重要方向,。
增韌方法
顆粒增韌
顆粒增韌就是在Si3N4材料中加入一定粒度的具有高彈性模量的顆粒,，如SiC,TiC、TiN等,。顆粒增韌與溫度無(wú)關(guān),，可以作為高溫增韌機(jī)制。但此法一般只能取得40%一70%的增韌效果,，其增韌效果不明顯,。
相變?cè)鲰g
ZrO2相變?cè)鲰g是將ZrO2顆粒彌散在Si3N4基體中,，利用四方相向單斜相的應(yīng)力誘發(fā)相變而產(chǎn)生5%左右的體積變化，可以抵消外加應(yīng)力,、阻止裂紋的擴(kuò)展,，達(dá)到增韌目的。
纖維增韌
纖維增韌即利用C,SiC等長(zhǎng)纖維對(duì)Si3N4陶瓷進(jìn)行復(fù)合增韌,，其機(jī)理主要是裂紋偏轉(zhuǎn)或分叉,、拔出效應(yīng)和橋聯(lián)效應(yīng)。
自增韌
自增韌就是通過(guò)調(diào)整材料組分和控制制備工藝條件使一部分Si3N4晶粒原位發(fā)育成具有較高長(zhǎng)徑比的柱狀晶粒,，從而獲得類(lèi)似纖維增韌的種種機(jī)制,，達(dá)到增韌的效果。
層狀增韌
近年來(lái),，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從生物界得到啟示:貝殼具有的層狀結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生較大的韌性,，因而可以從材料的宏觀(guān)結(jié)構(gòu)角度出發(fā)來(lái)設(shè)計(jì)新型材料即層狀復(fù)合陶瓷材料。
碳纖維增韌
碳纖維由原料纖維高溫?zé)�,，�?jīng)過(guò)了低溫氧化,、中溫碳化、高溫石墨化等工藝,，具有強(qiáng)度高,、模量高、密度低,、耐高溫,、線(xiàn)脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn),。作為補(bǔ)強(qiáng)增韌材料,，它克服了其它增韌材料的缺點(diǎn)。
碳纖維能否在氮化硅基體內(nèi)起補(bǔ)強(qiáng)作用的先決條件首先要解決好碳纖維補(bǔ)強(qiáng)的實(shí)際效果,，最終取決于燒結(jié)后碳纖維與氮化硅基體結(jié)合的程度,。
碳納米管增韌
理論計(jì)算表明，碳納米管具有極高的強(qiáng)度和極好的韌性,。碳納米管的力學(xué)性能優(yōu)良,，其強(qiáng)度約為鋼100倍，密度卻只有鋼的1/6,，且在垂直于碳納米管的管軸方向具有極好的韌性,，被認(rèn)為是未來(lái)的“超級(jí)纖維”。
碳納米管增韌氮化硅陶瓷復(fù)合材料的主要機(jī)制為纖維拔出機(jī)制,。
氮化硅陶瓷的應(yīng)用
1,、航天軍工領(lǐng)域
航空制造是制造業(yè)中高新技術(shù)最集中的領(lǐng)域，屬于先進(jìn)制造技術(shù)，是新材料,、新工藝和新技術(shù)的佼佼者,。以飛機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為例，闡述航空制造中氮化硅的應(yīng)用,。
陶瓷氮化硅耐熱,，可在1400℃時(shí)仍然有高的強(qiáng)度、剛度（但超過(guò)1200℃時(shí)力學(xué)強(qiáng)度會(huì)下降）,，但比較脆,，使用連續(xù)纖維增強(qiáng)的增強(qiáng)陶瓷可應(yīng)用于渦輪部件，特別是小發(fā)動(dòng)機(jī)的陶瓷葉片,，渦輪外環(huán)和空氣軸承,。此外，氮化硅陶瓷比密度小,，密度僅為鋼軸承的41%,，可有效降低飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)重量，減低油耗,。
2,、機(jī)械工程領(lǐng)域
氮化硅陶瓷摩擦系數(shù)小，有自潤(rùn)滑性,，強(qiáng)度高,，熱膨脹系數(shù)小，體積受溫度變化小,，有效防止球/密封環(huán)卡死,，可制成軸承滾珠及機(jī)械密封環(huán)。
氮化硅強(qiáng)度大,，可用于軸承制造,，可承受?chē)?yán)酷的工作環(huán)境，工作壽命也高于一般軸承,，但制作成本也比較高,。
傳統(tǒng)的閥門(mén)是金屬材料,，由于受金屬材料自身限制,，金屬的腐蝕破壞對(duì)閥門(mén)耐磨性、可靠性,、使用壽命具有相當(dāng)大的影響,；一些應(yīng)用于石油工業(yè)的金屬閥門(mén)易受到化學(xué)腐蝕，失去工作能力,。而氮化硅陶瓷優(yōu)良的耐腐蝕性,、耐磨性、抗高溫性，能夠勝任這一領(lǐng)域,。
3,、超細(xì)研磨領(lǐng)域
氮化硅硬度高，硬度僅次于金剛石,，立方氮化硼,。因其消耗非常低，降低了研磨介質(zhì)的磨損及對(duì)研磨材料的污染,，有利于獲取更高純度的超細(xì)粉體,。
4、高性能機(jī)床切削刀具
在現(xiàn)代化加工過(guò)程中,，提高加工效率的最有效方法是采用高速切削加工技術(shù),。氮化硅刀具特別適合于鑄鐵、高溫合金的粗精加工,、高速切削和重切削,，其切削耐用度比硬質(zhì)合金刀具高幾倍至十幾倍氮化硅具有非常高的耐磨性，它比硬質(zhì)合金有更好的化學(xué)穩(wěn)定性,，可在高速條件下切削加工并持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間,，比用硬質(zhì)合金刀具平均提高效率3倍以上。
參考來(lái)源
趙世坤.碳納米管增韌氮化硅陶瓷的研究
鐘晶等. 碳化硅增強(qiáng)氮化硅陶瓷復(fù)合材料的制備與表征
豆鵬飛.碳材料增韌氮化硅陶瓷研究進(jìn)展
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