氧化鋯陶瓷以及氧化鋁陶瓷在市場(chǎng)上較為常見(jiàn),它們的優(yōu)勢(shì)都特別突出,與其類似的工業(yè)陶瓷氮化硅陶瓷也具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),接下來(lái)我們一起來(lái)了解下氮化硅陶瓷以及它在航空航天等方面的運(yùn)用吧!
氮化硅陶瓷因具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨性能和獨(dú)特的電性能,而被應(yīng)用于航天軍工、機(jī)械工程、通訊、電子、汽車、能源、化工生物等領(lǐng)域。
特別是在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域,氮化硅陶瓷是綜合性能最好,最有應(yīng)用潛力和左右希望替代鎳基合金并在高溫領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用的新材料。
一、氮化硅的基本性能
氮化硅的詳細(xì)性能指標(biāo)如下:
1、耐熱,在常壓下,Si3N4沒(méi)有熔點(diǎn),于1870℃左右直接分解,可耐氧化到1400℃,實(shí)際使用達(dá)1200℃(超過(guò)1200℃力學(xué)強(qiáng)度會(huì)下降)。
2、熱膨脹系數(shù)小(2.8-3.2)×10-6/℃,導(dǎo)熱系數(shù)高,抗熱震,從室溫到1000℃熱沖擊不會(huì)開(kāi)裂。
3、摩擦系數(shù)小(0.1),有自潤(rùn)滑性,(加油的金屬表面摩擦系數(shù)0.1-0.2)。
4、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,耐腐蝕,除氫氟酸外不與其他其他無(wú)機(jī)酸反應(yīng),800℃干燥氣氛下不與氧發(fā)生反應(yīng),超過(guò)800℃,開(kāi)始在在表面生成氧化硅膜,隨著溫度升高氧化硅膜逐漸變穩(wěn)定,1000℃左右可與氧生成致密氧化硅膜。可保持至1400℃基本穩(wěn)定。
5、氮化硅硬度高,耐磨損,莫氏硬度僅次于金剛石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅,抗機(jī)械沖擊。
6、氮化硅是共價(jià)鍵化合物,很難致密,有時(shí)需外加助劑,密度約為3.4(不同成型方法致密度不一樣,熱壓成型致密度較高,鋼的密度約為7.85,鈦合金的密度約為4.5左右,單位均為g/cm3)。
7、脆性大,是大多數(shù)陶瓷材料的通病,可采用連續(xù)纖維增韌,增加其韌性。
氮化硅陶瓷圓管
氮化硅陶瓷在航天軍工領(lǐng)域中的運(yùn)用:
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。
飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)
飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)
以飛機(jī)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)為例,壓氣機(jī)零部件溫度在650℃以下,目前主要采用鈦合金、鋁合金及耐熱鋼。燃燒室燃燒區(qū)溫度高達(dá)1800-2000℃,引入氣流冷卻后,燃燒室壁溫仍然在900℃以上,常用高溫合金(鎳基及鈷基合金)板材制造,為防止燃?xì)鉀_刷、熱腐蝕和隔熱,常噴涂防護(hù)層,現(xiàn)采用彌散強(qiáng)化合金無(wú)需涂層可制備耐1200℃的燃燒室。
機(jī)構(gòu)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。
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本文“氮化硅陶瓷介紹以及其在航空航天方面的運(yùn)用”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時(shí)間:2018-03-25 16:04:51
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