氮化硅陶瓷 (Si3N4) 特性和应用

BBIN宝盈    氮化硅具有比大多数金属更好的高温能力，同时保持高强度和抗蠕变性以及抗氧化性。此外，与大多数陶瓷材料相比，其低热膨胀系数提供了良好的抗热震性。

BBIN宝盈    生产：纯氮化硅难以生产为完全致密的材料。这种共价结合的材料不容易烧结，也不能加热到 1850oC 以上，因为它会分解成硅和氮。致密的氮化硅只能使用通过间接方法提供键合的方法来制造，例如添加少量化学物质以帮助致密化。这些化学品被称为烧结助剂，通常会引起一定程度的液相烧结。

    氮化硅的种类
BBIN宝盈     由于材料特性在很大程度上取决于制造方法，因此不能将氮化硅视为单一材料。

    氮化硅的三种主要类型是：

反应键合氮化硅 (RBSN)
热压氮化硅 (HPSN)
烧结氮化硅 (SSN)

    反应键合氮化硅是将压实的硅粉直接氮化制成，由于难以保证完全反应，因此很难达到高组分密度。通常密度范围为 2300 - 2700kg.m-3，而热压和烧结氮化硅的密度为 3200kg.m-3。较高的密度使 HPSN 和 SSN 材料具有更好的物理特性，这意味着它们可用于要求更高的应用。氮化仅产生很小的体积变化，这意味着 RBSN 组件在制造后不需要加工，并且可以在单个工艺阶段生产复杂的近净形状。

     氮化硅陶瓷的应用利用了氮化硅的以下特性：

低密度
高温强度
优越的抗热震性
优异的耐磨性
良好的断裂韧性
机械疲劳和抗蠕变性
良好的抗氧化性

    应用
该材料目前用于利基市场应用，例如往复式发动机部件和涡轮增压器、轴承、金属切割和成型工具以及热金属处理。

往复式发动机组件
氮化硅部件的最大市场是用于燃烧部件和磨损部件的往复式（柴油和火花点火）发动机。它们的发展是一项比想象中更加困难和复杂的任务。成本因素和大规模生产复杂陶瓷元件的严重技术问题限制了增长，但该材料也遇到了设计保守主义和对陶瓷元件可靠性的担忧。 

    小型致密烧结氮化硅部件用于汽车和卡车发动机，用于应力和温度相对较低且故障后果不是灾难性的应用。组件示例包括：

    柴油机：用于更快启动的电热塞、预燃室（涡流室）可实现更低排放、更快启动和更低噪音、涡轮增压器（直径约 10 厘米）可减少发动机滞后和排放。

    火花点火发动机：降低磨损的摇臂垫、涡轮增压器（直径约 5 厘米）可降低惯性和减少发动机滞后排气控制阀以增加加速度。

    高纯氮化硅粉体的应用及优势
    大多数这些组件是在日本和美国制造的。作为生产水平的例子，估计每年生产 300,000 个烧结氮化硅涡轮增压器。在美国，减排推动了陶瓷部件的发展，部件主要用于中型和重型发动机。在日本，提高性能一直是主要驱动因素，这些部件用于轻型发动机。

    现在，开发工作的重点是在需要低质量或增加耐磨性的应用中谨慎引入更多组件，例如排气门和气门弹簧。 

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