氮化硅陶瓷.doc

1、碳化硅陶瓷氮化硅陶瓷一 前 言结 构 陶 瓷 具 有 优 越 的 强 度 、 硬 度 、 绝 缘 性 、 热 传 导 、 耐 高 温 、 耐 氧 化 、 耐 腐蚀 、 耐 磨 耗 、 高 温 强 度 等 特 色 ， 因 此 ， 在 非 常 严 苛 的 环 境 或 工 程 应 用 条 件 下 ，所 展 现 的 高 稳 定 性 与 优 异 的 机 械 性 能 ， 在 材 料 工 业 上 已 倍 受 瞩 目 ， 其 使 用 范围 亦 日 渐 扩 大 。 而 全 球 及 国 内 业 界 对 于 高 精 密 度 、 高 耐 磨 耗 、 高 可 靠 度 机 械零 组 件 或 电 子 元 件 的 要 求 日

2、 趋 严 格 ， 因 而 陶 瓷 产 品 的 需 求 相 当 受 重 视 ， 其 市场 成 长 率 也 颇 可 观 。结 构 陶 瓷 主 要 是 指 发 挥 其 机 械 、 热 、 化 学 等 性 能 的 一 大 类 新 型 陶 瓷 材 料 ， 它可 以 在 许 多 苛 刻 的 工 作 环 境 下 服 役 ， 因 而 成 为 许 多 新 兴 科 学 技 术 得 以 实 现 的关 键 。特 种 结 构 陶 瓷 是 陶 瓷 材 料 的 重 要 分 支 ， 它 以 耐 高 温 、 高 强 度 、 超 硬 度 、 耐 磨损 、 抗 腐 蚀 等 机 械 力 学 性 能 为 主 要 特 征 ， 因 此 在

3、 冶 金 、 宇 航 、 能 源 、 机 械 、光 学 等 领 域 有 重 要 的 应 用 。 碳 化 硅 陶 瓷 就 是 其 中 比 较 重 要 的 一 种 。二 种类及特性氮 化 硅 陶 瓷 是 一 种 烧 结 时 不 收 缩 的 无 机 材 料 。 它 是 用 硅 粉 作 原 料 ， 先 用 通 常成 型 的 方 法 做 成 所 需 的 形 状 ， 在 氮 气 中 及 的 高 温 下 进 行 初 步 氮化 ， 使 其 中 一 部 分 硅 粉 与 氮 反 应 生 成 氮 化 硅 ， 这 时 整 个 坯 体 已 经 具 有 一 定 的强 度 。 然 后 在 的 高 温 炉 中 进 行 第 二

4、 次 氮 化 ， 反 应 成氮 化 硅 。 用 热 压 烧 结 法 可 制 得 达 到 理 论 密 度 的 氮 化 硅 。 氮 化 硅 的 强 度很 高 ， 尤 其 是 热 压 氮 化 硅 ， 是 世 界 上 最 坚 硬 的 物 质 之 一 。 它 极 耐 高 温 ， 强 度一 直 可 以 维 持 到 的 高 温 而 不 下 降 ， 受 热 后 不 会 熔 成 融 体 ， 一 直 到 才 会 分 解 ， 并 有 惊 人 的 耐 化 学 腐 蚀 性 能 ， 能 耐 几 乎 所 有 的 无 机 酸和 以 下 的 烧 碱 溶 液 ， 也 能 耐 很 多 有 机 酸 的 腐 蚀 ； 同 时 又 是 一

5、 种 高 性 能电 绝 缘 材 料 。 氮 化 硅 陶 瓷 可 做 燃 气 轮 机 的 燃 烧 室 、 机 械 密 封 环 、 输 送 铝 液 的电 磁 泵 的 管 道 及 阀 门 、 永 久 性 模 具 、 钢 水 分 离 环 等 。 氮 化 硅 摩 擦 系 数 小 的 特点 特 别 适 合 制 作 为 高 温 轴 承 使 用 ， 其 工 作 温 度 可 达 ， 比 普 通 合金 轴 承 的 工 作 温 度 提 高 . 倍 ， 而 工 作 速 度 是 普 通 轴 承 的 倍 。 利 用 氮化 硅 陶 瓷 很 好 的 电 绝 缘 性 和 耐 急 冷 急 热 性 可 以 用 来 做 电 热 塞

6、， 用 它 进 行 汽 车点 火 可 使 发 动 机 起 动 时 间 大 大 缩 短 ， 并 能 在 寒 冷 天 气 迅 速 启 动 汽 车 。 氮 化 硅陶 瓷 还 有 良 好 的 透 微 波 性 能 、 介 电 性 以 及 高 温 强 度 ， 作 为 导 弹 和 飞 机 的 雷 达天 线 罩 ， 可 在 个 马 赫 甚 至 个 马 赫 的 飞 行 速 度 下 使 用 。对 于 Si3N4 以 及 Sialon 陶 瓷 烧 结 体 ， 现 已 提 供 了 一 种 不 用 形 成 复 合 材料 而 保 持 单 一 状 态 的 、 利 用 超 塑 性 进 行 成 型 的 工 艺 ， 并 提 供

7、了 一 种 根 据 该 工艺 成 型 出 的 烧 结 体 。 把 相 对 密 度 在 以 上 、 线 密 度 对 于 烧 结 体 的 二 维 横截 面 上 的 m 的 长 度 在 范 围 内 的 氮 化 硅 及 Sialon 烧 结体 ； 在 的 温 度 下 通 过 拉 伸 或 压 缩 作 用 使 其 在 小 于 -1 秒 的 应 变 速 率 下 发 生 塑 性 形 变 从 而 进 行 成 型 。 成 型 后 的 烧 结 体 特 别在 常 温 下 具 有 优 异 的 机 械 性 能 。三 应用及市场前景由于碳化硅具有能 承 受 高 温 和 温 度 急 变 、 强 度 高 、 重 量 轻 且 长

8、 寿 的 特 点 。因 此 它 可 以 被 用 来 制 造 宇 宙 飞 船 的 各 个 部 件 ， 就 比 如 宇 宙 飞 船 内 仓 的 耐 高 温隔 热 板 ， 它 就 是 用 碳 化 硅 陶 瓷 制 成 的 。 高 新 技 术 的 应 用 是 现 代 战 争 制 胜 的法 宝 。 在 军 事 工 业 的 发 展 方 面 ， 高 性 能 结 构 陶 瓷 占 有 举 足 轻 重 的 作 用 。 例 如先 进 的 亚 音 速 飞 机 ， 其 成 败 就 取 决 于 具 有 高 韧 性 和 高 可 靠 性 的 碳 化 硅 陶 瓷和 纤 维 补 强 的 陶 瓷 基 复 合 材 料 的 应 用 。

9、随 着 半 导 体 器 件 的 高 密 度 化 和 大 功 率化 ， 集 成 电 路 制 造 业 的 发 展 迫 切 需 要 研 制 一 种 绝 缘 性 好 导 热 快 的 新 型 基 片 材料 。 80 年 代 中 后 期 问 世 的 高 导 热 性 氮 化 铝 和 碳 化 硅 基 板 材 料 正 逐 步 取 代 传 统的 氧 化 铝 基 板 ， 在 这 一 领 域 ， 我 国 研 制 成 功 的 高 热 导 氮 化 硅 陶 瓷 热 导 率 达到 228 W/mK， 性 能 居 国 内 外 前 列 。 氮 化 硅 -玻 璃 复 合 材 料 ， 已 成 为 当 代 电子 封 装 材 料 领 域

10、 的 研 究 热 点 ， 其 热 导 率 是 氧 化 铝 -玻 璃 的 5-10 倍 ， 烧 结 温度 在 1000C 以 内 ， 可 与 银 、 铜 等 布 线 材 料 共 烧 ， 从 而 制 造 出 具 有 良 好 导 热和 电 性 能 多 层 配 线 板 ， 我 国 研 制 的 氮 化 铝 -玻 璃 复 合 材 料 ， 热 导 率 达 到10.8 W/mK 的 ， 在 国 际 上 居 于 领 先 地 位 ， 很 好 地 满 足 了 大 规 模 集 成 电 路 小型 化 、 密 集 化 的 要 求 。四 小 结碳 化 物 陶 瓷 是 陶 瓷 材 料 的 重 要 分 支 ， 由 于 具 有

11、优 越 的 强 度 、 硬 度 、 绝 缘 性 、热 传 导 、 耐 高 温 、 耐 氧 化 、 耐 腐 蚀 、 耐 磨 耗 、 高 温 强 度 等 特 色 ， 尤 其 在 非常 严 苛 的 环 境 或 工 程 应 用 条 件 下 ， 所 展 现 的 高 稳 定 性 与 优 异 的 机 械 性 能 ，使 它 在 材 料 工 业 上 已 倍 受 瞩 目 ， 它 的 使 用 范 围 亦 日 渐 扩 大 。 而 全 球 及 国 内业 界 对 于 高 精 密 度 、 高 耐 磨 耗 、 高 可 靠 度 机 械 零 组 件 或 电 子 元 件 的 要 求 日 趋严 格 ， 因 而 陶 瓷 产 品 的 需 求 相 当 受 重 视 ， 其 市 场 成 长 率 也 颇 可 观 。 随 着 科技 的 发 展 ， 相 信 碳 化 物 陶 瓷 将 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用 ！