热压烧结法( HPS)
是将Si3N4 粉末和少量添加剂(如MgO、Al2O3、MgF2、Fe2O3 等),废旧氮化硅,在1916 MPa以上的压强和1600 ℃以上的温度进行热压成型烧结。英国和美国的一些公司采用的热压烧结Si3N4 陶瓷,其强度高达981MPa以上。烧结时添加物和物相组成对产品性能有很大的影响。由于严格控制晶界相的组成,以及在Si3N4 陶瓷烧结后进行适当的热处理,所以可以获得即使温度高达1300 ℃时强度(可达490MPa以上)也不会明显下降的Si3N4系陶瓷材料,而且抗蠕变性可提高三个数量级。若对Si3N4 陶瓷材料进行1400———1500 ℃高温预氧化处理,则在陶瓷材料表面上形成Si2N2O相,它能显著提高Si3N4 陶瓷的耐氧化性和高温强度。热压烧结法生产的Si3N4 陶瓷的机械性能比反应烧结的Si3N4 要优异,强度高、密度大。但制造成本高、烧结设备复杂,由于烧结体收缩大,使产品的尺寸精度受到一定的限制,商都县氮化硅,难以制造复杂零件,只能制造形状简单的零件制品,工件的机械加工也较困难。
氮化硅陶瓷的适用范围
一、氮化硅陶瓷
??性能:烧结时不收缩的无机材料,热膨胀系数小且耐高温,强度一直可以维持到1200C的高温而不下降,热震稳定性好并有较好的耐化学腐蚀性能,能耐无机酸和30%以下的溶液,是一种电绝缘材料。
??优点:抵抗冷热冲击性能好,在空气中加热到1000C以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂,相较于氧化铝来说不易传热。
??缺点:断裂韧性系数低,在陶瓷里面机械强度属于中下等,易裂易碎。
??应用:高温轴承、机械密封环、输送铝液的电磁泵的管道及阀门等。
氮化硅陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐磨性能和的电性能,被认为是具有应用前景的高温结构陶瓷材料之一。
未来航空发动机的机械构造要比现有的类型更加简单,部件更少,在更高的涡轮入口温度和组件负荷下运行,其可靠性和组件寿命也要提高。涡轮材料必须在抗拉强度、蠕变阻力、耐高温腐蚀和耐冲击损伤等方面满足要求。采用热性能更好的陶瓷材料可以减少对冷却空气的需要量,并明显的提高气体温度。
之前大型飞机的发动机主要使用镍基耐高温材料,氮化硅废料,而氮化硅材料在1000℃以上时比镍基耐热合金具有更高的强度、更好的蠕变强度和性,且比重小,仅为耐热合金的40%,可满足未来航空发动机减轻重量,减少油耗的要求。
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