شرح نه عملکرد عمده محصول از مواد نیترید سیلیکون

نه ویژگی عمده محصول مواد نیترید سیلیکون

1. ترکیب و ساختار

فرمول مولکولی نیترید سیلیکون Si است ₃ ن ₄ که یک ترکیب پیوند کووالانسی است. سرامیک های نیترید سیلیکون مواد پلی کریستالی هستند و ساختار کریستالی آنها متعلق به سیستم شش ضلعی است. به طور کلی به دو جهت کریستالی α و β تقسیم می شود که هر دو از [Siن تشکیل شده اند. ₄ ] ⁴ - چهار وجهی β-Si ₃ ن ₄ دارای تقارن بالا و حجم مولی کوچک است. این یک فاز ترمودینامیکی پایدار در دمای نسبی است، در حالی که α-Si ₃ ن ₄ شکل گیری پویا نسبتا آسان است. در دماهای بالا (1400 ℃ ~ 1800 ℃)، فاز α دچار تغییر فاز می شود تا به نوع β تبدیل شود. این تغییر فاز برگشت ناپذیر است، بنابراین فاز α برای پخت مساعد است.

2. ظاهر

نیترید سیلیکون به دست آمده از فازهای کریستالی مختلف، ظاهر متفاوتی دارد. α-Si ₃ ن ₄ پشمی یا سوزنی مانند سفید یا سفید مایل به خاکستری و β-"Si ₃ ن ₄ رنگ تیره تر است و به صورت چند وجهی دانه ای متراکم یا منشور کوتاه ظاهر می شود. سبیل های سرامیک نیترید سیلیکون شفاف یا نیمه شفاف و ظاهر خاکستری، آبی مایل به خاکستری تا خاکستری مایل به سیاه است که با تراکم و نسبت نسبی تغییر می کند و همچنین به دلیل مواد افزودنی رنگ های دیگری را ارائه می دهد. سطح سرامیک نیترید سیلیکون پس از پرداخت درخشندگی فلزی دارد.

3. چگالی و وزن مخصوص

چگالی نظری نیترید سیلیکون 10±3100 کیلوگرم بر متر است. ³ . وزن مخصوص واقعی α-Si اندازه گیری شده است ₃ ن ₄ 3184 کیلوگرم بر متر است ³ و وزن مخصوص واقعی β-Si ₃ N ₄ 3187 کیلوگرم بر متر است ³ . چگالی ظاهری سرامیک های نیترید سیلیکون بسته به فرآیند بسیار متفاوت است، به طور کلی بیش از 80٪ چگالی نظری، از 2200 تا 3200 کیلوگرم بر متر متغیر است. ³ . دلیل اصلی تفاوت چگالی تخلخل است. تخلخل نیترید سیلیکون پخته شده در واکنش به طور کلی حدود 20٪ است و چگالی آن 2200 تا 2600 کیلوگرم بر متر است. ³ ، در حالی که تخلخل نیترید سیلیکون فشرده زیر 5٪ است و چگالی آن 3000 تا 3200 کیلوگرم بر متر است. ³ در مقایسه با سایر مواد با کاربردهای مشابه، نه تنها چگالی کمتری نسبت به همه آلیاژهای با دمای بالا دارد، بلکه یکی از چگالی کم در میان سرامیک‌های ساختاری با دمای بالا است.

4. عایق الکتریکی

سرامیک های نیترید سیلیکون را می توان به عنوان مواد عایق با دمای بالا استفاده کرد و شاخص های عملکرد آنها عمدتاً به روش سنتز و خلوص بستگی دارد. سیلیکون بدون نیترید موجود در مواد و همچنین ناخالصی هایی مانند فلزات قلیایی، فلزات قلیایی خاکی، آهن، تیتانیوم، نیکل و غیره که در طی فرآیند آماده سازی معرفی شده اند، خواص الکتریکی سرامیک های نیترید سیلیکون را بدتر می کنند. به طور کلی، مقاومت ویژه سرامیک نیترید سیلیکون در محیط خشک در دمای اتاق 1015 ~ 1016 اهم است و ثابت دی الکتریک 9.4 ~ 9.5 است. در دماهای بالا، سرامیک های نیترید سیلیکون همچنان مقدار مقاومت ویژه نسبتا بالایی را حفظ می کنند. با بهبود شرایط فرآیند، نیترید سیلیکون می تواند وارد ردیف دی الکتریک های رایج شود.

V. خواص حرارتی

ضریب انبساط حرارتی نیترید سیلیکون متخلخل کم است که 2.53 × 10-6 / ℃ است و هدایت حرارتی 18.42 W / m · K است. مقاومت در برابر شوک حرارتی خوبی دارد و پس از کوارتز و شیشه میکروکریستالی دوم است. بر اساس گزارشات تجربی، یک نمونه نیترید سیلیکون پخته شده با واکنش با چگالی 2500 کیلوگرم بر متر ³ از 1200 درجه سانتیگراد تا 20 درجه سانتیگراد خنک شده است و پس از هزاران چرخه حرارتی ترک نخورده است. سرامیک های نیترید سیلیکون پایداری حرارتی خوبی دارند و می توانند برای مدت طولانی در دماهای بالا استفاده شوند. دمای استفاده در یک جو اکسید کننده می تواند به 1400 درجه سانتیگراد برسد و دمای استفاده در یک جو خنثی یا کاهشی می تواند به 1850 درجه سانتیگراد برسد.

VI. خواص مکانیکی

نیترید سیلیکون استحکام مکانیکی بالایی دارد. استحکام خمشی محصولات فشرده گرم عمومی 500 ~ 700 مگاپاسکال است و استحکام بالا می تواند به 1000 ~ 1200 مگاپاسکال برسد. قدرت خمشی پس از پخت واکنش 200MPa است و استحکام بالا می تواند به 300 ~ 400MPa برسد. اگرچه استحکام دمای اتاق محصولات پخت شده با واکنش بالا نیست، اما استحکام آن در دماهای بالای 1200 تا 1350 درجه سانتیگراد کاهش نمی یابد. نیترید سیلیکون دارای خزش کم دمای بالا است. به عنوان مثال، بار نیترید سیلیکون پخته شده در واکنش در دمای 1200 ℃ 24MPa است و تغییر شکل پس از 1000 ساعت 0.5٪ است.

VII. ضریب اصطکاک و خود روانکاری

ضریب اصطکاک سرامیک نیترید سیلیکون کوچک است و افزایش ضریب اصطکاک نیز در شرایط دمای بالا و سرعت بالا کم است که می تواند عملکرد طبیعی مکانیسم را تضمین کند. این مزیت برجسته سرامیک نیترید سیلیکون است. هنگامی که سرامیک های نیترید سیلیکون شروع به سایش می کنند، ضریب اصطکاک لغزشی به 1.0 تا 1.5 می رسد. پس از سنگ زنی دقیق، ضریب اصطکاک به شدت کاهش می یابد و زیر 0.5 باقی می ماند. بنابراین سرامیک های نیترید سیلیکون دارای خاصیت خود روان شوندگی در نظر گرفته می شوند. بر خلاف گرافیت، نیترید بور و تالک، دلیل اصلی این خود روانکاری در ساختار لایه ای ساختار مواد نهفته است. تحت فشار، سطح اصطکاک کمی تجزیه می شود تا یک لایه هوای نازک تشکیل شود که مقاومت لغزشی بین سطوح اصطکاک را کاهش می دهد و صافی سطح اصطکاک را افزایش می دهد. به این ترتیب، هرچه اصطکاک بیشتر باشد، مقاومت کمتر است و سایش به ویژه کوچک است. پس از اصطکاک مداوم، ماده به دلیل سایش سطح یا نرم شدن در اثر افزایش دما به تدریج ضریب اصطکاک خود را افزایش می دهد.

هشتم. ماشین کاری

سرامیک های نیترید سیلیکون را می توان به شکل، دقت و سطح مورد نظر ماشین کاری کرد.

IX پایداری شیمیایی

نیترید سیلیکون خواص شیمیایی خوبی دارد و می تواند در برابر خوردگی تمام اسیدهای معدنی به جز اسید هیدروفلوئوریک و محلول هیدروکسید سدیم کمتر از 25٪ مقاومت کند. دمای مقاومت در برابر اکسیداسیون آن می تواند به 1400 درجه سانتیگراد برسد و دمای استفاده از آن در اتمسفر کاهنده می تواند به 1870 درجه سانتیگراد برسد. روی فلزات (مخصوصاً مایع آلومینیوم) خیس نمی شود و در غیر فلزات حتی بیشتر از این خیس می شود.

از خواص فیزیکی و شیمیایی فوق سرامیک های نیترید سیلیکون می توان دریافت که عملکرد خوب سرامیک های نیترید سیلیکون دارای ارزش کاربردی ویژه برای محیط کاری با دمای بالا، سرعت بالا و محیط های خورنده قوی است که اغلب در فناوری مدرن با آن مواجه می شوند. مزایای برجسته آن عبارتند از:

دارای نکات زیر است:

(1) استحکام مکانیکی بالا و سختی نزدیک به کوراندوم. استحکام خمشی دمای اتاق نیترید سیلیکون فشرده می تواند به 780-980 مگاپاسکال برسد، برخی از آنها حتی از فولاد آلیاژی بالاتر هستند و استحکام را می توان تا 1200 درجه سانتیگراد بدون تخریب حفظ کرد.

(2) خود روانکاری مکانیکی، ضریب اصطکاک سطح پایین، مقاومت در برابر سایش، مدول الاستیک بالا و مقاومت در برابر دمای بالا.

(3) ضریب انبساط حرارتی کم، هدایت حرارتی بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب.

(4) چگالی کم و وزن مخصوص کم.

(5) مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر اکسیداسیون.

(6) عایق الکتریکی خوب.