氮化硅材料九大产品性能说明-浙江上硅聚力特材科技有限公司

氮化硅材料的九大产品特性

一、组成与结构

氮化硅的分子式为Si₃N₄，属于共价键化合物。氮化硅陶瓷属于多晶材料，其晶体结构属于六方晶系。一般分为α、β两种晶体取向均由[SiN₄]⁴-四面体组成，β-Si₃N₄对称性高，摩尔体积小，在相对温度下是热力学稳定相，而α-Si₃N₄相对容易动态形成。在高温下（1400℃～1800℃），α相会发生相变，成为β型，这种相变是不可逆的，因此α相有利于烧结。

二、外观

不同晶相得到的氮化硅外观不同，α-Si₃N₄为白色或灰白色疏松羊毛状或针状体，β-”Si₃N₄颜色较深，呈致密粒状多面体或短棱柱体。氮化硅陶瓷的晶须呈透明或半透明状，外观呈灰色、蓝灰色至灰黑色，随密度和相比的不同而变化，也因添加剂而呈现其他颜色。氮化硅陶瓷抛光后表面具有金属光泽。

三、密度和比重

氮化硅的理论密度为3100±10kg/m³，实际测得α-Si₃N₄的真比重为3184kg/m³，β-Si₃N₄的真比重为3187kg/m³。氮化硅陶瓷的堆积密度根据工艺的不同变化很大，一般在理论密度的80%以上，范围在2200～3200kg/m³左右。密度差异的主要原因是孔隙率。反应烧结氮化硅的孔隙率一般在20%左右，密度为2200～2600kg/m³，而热压氮化硅的孔隙率在5%以下，密度为3000～3200kg/m³，与其他类似用途的材料相比，不仅密度低于所有高温合金，而且也是高温结构陶瓷中密度较低的之一。

四、电气绝缘

氮化硅陶瓷可用作高温绝缘材料，其性能指标主要取决于合成方法和纯度。材料中未氮化的游离硅，以及制备过程中带入的碱金属、碱土金属、铁、钛、镍等杂质，都会使氮化硅陶瓷的电性能恶化。一般氮化硅陶瓷在室温干燥介质中的比电阻为1015～1016欧姆，介电常数为9.4～9.5。在高温下，氮化硅陶瓷仍保持较高的比电阻值。随着工艺条件的改进，氮化硅可以进入常用电介质的行列。

五、热性能

烧结氮化硅的热膨胀系数低，为2.53×10-6/℃，导热系数为18.42W/m·K，具有良好的抗热震性能，仅次于石英和微晶玻璃。据实验报道，密度为2500kg/m³的反应烧结氮化硅样品已从1200℃冷却到20℃，经过数千次热循环，仍然不破裂。氮化硅陶瓷具有良好的热稳定性，可以在高温下长期使用。在氧化气氛中使用温度可达1400℃，在中性或还原气氛中使用温度可达1850℃。

六、机械性能

氮化硅具有较高的机械强度。一般热压制品的弯曲强度为500~700MPa，高强度可达1000~1200MPa；反应烧结后的弯曲强度为200MPa，高强度可达300～400MPa。反应烧结制品的室温强度虽然不高，但在1200～1350℃的高温下其强度并不下降。氮化硅的高温蠕变小。例如，反应烧结氮化硅在1200℃时的载荷为24MPa，1000h后变形为0.5%。

七、摩擦系数及自润滑性

氮化硅陶瓷的摩擦系数较小，在高温、高速条件下，摩擦系数的增加也较小，可以保证机构的正常工作。这是氮化硅陶瓷的一个突出优点。当氮化硅陶瓷开始磨损时，滑动摩擦系数达到1.0～1.5。经过精密研磨后，摩擦系数大大降低，保持在0.5以下。因此，氮化硅陶瓷被认为具有自润滑性能。与石墨、氮化硼和滑石不同，这种自润滑的主要原因在于材料结构的层状结构。在压力作用下，摩擦表面轻微分解，形成一层薄薄的气膜，从而减小摩擦表面之间的滑动阻力，增加摩擦表面的光滑度。这样摩擦力越大，阻力越小，磨损量也特别小。材料经过连续摩擦后，由于表面磨损或因温度升高而软化，其摩擦系数往往会逐渐增大。

八、切削加工性

氮化硅陶瓷可以通过机械加工达到所需的形状、精度和表面光洁度。

九、化学稳定性

氮化硅具有良好的化学性能，能耐除氢氟酸和小于25%的氢氧化钠溶液以外的所有无机酸的腐蚀。其抗氧化温度可达1400℃，在还原性气氛中使用温度可达1870℃。对金属（特别是铝液）不沾湿，对非金属更是如此。

从氮化硅陶瓷的上述理化性能可以看出，氮化硅陶瓷的良好性能对于现代技术中经常遇到的高温、高速、强腐蚀介质的工作环境具有特殊的应用价值。。其突出优点是：

其有以下几点：

(1)机械强度高，硬度接近刚玉。热压氮化硅的室温弯曲强度可高达780-980MPa，有的甚至比合金钢更高，并且强度可以保持到1200℃而不退化。

(2)机械自润滑、表面摩擦系数低、耐磨、弹性模量高、耐高温。

(3)热膨胀系数低，导热系数高，抗热震性能好。

(4)密度低、比重低。

(5)耐腐蚀、抗氧化。

(6)电绝缘性好。