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認識一下非氧化物陶瓷的有關特性

非氧化陶瓷

非氧化物陶瓷,是由金屬的碳化物、氮化物、硫化物、硅化物和硼化物等制造的陶瓷總稱。隨著科學技術不斷地發(fā)展,要求材料具有的特性非常多。非氧化物陶瓷材料近幾十年取得了很大的發(fā)展,極大地推動了現(xiàn)代高新科技的進步,在人類社會進步的歷程中有著巨大的促進作用,對經(jīng)濟和國防建設做出了不可磨滅的貢獻。

特點

①原料在自然界存在少,需要人工合成原料。

②原料合成和陶瓷燒結時,易產(chǎn)生氧化物,必須在保護氣氛(Ar、N2)下進行。

③非氧化物一般是鍵能很強的共價鍵,因此難熔或難燒結。

與氧化物陶瓷不同的是,非氧化物陶瓷原子間主要是以共價鍵結合在一起,因此具有較高的硬度、模量、蠕變抗力,并且能將這些性能很大程度上維持到高溫狀態(tài),這是氧化物陶瓷無法比擬的。劣勢在于非氧化物陶瓷的燒結普遍困難,必須在極高溫度(1500~2500℃)且具有燒結助劑的情況下才能獲得高密度產(chǎn)品,有時還必須借助熱壓燒結法才能達到期望密度(>95%),這就導致非氧化物陶瓷的是生產(chǎn)成本普遍比氧化物陶瓷高。

表1.列舉一些非氧化物陶瓷的特性及用途


其中有些陶瓷材料,如Si3N4、SiC等有可能在高效率的發(fā)動機和燃氣輪機中獲得應用,更引起科學工作者的濃厚興趣,因為這與精細的工業(yè)國家亟待解決的能源問題密切相關。但作為新型材料,這些非氧化物陶瓷也是具有特殊魅力的材料。

在非氧化物中,碳化物、氮化物作為結構材料而引人注目,是因為這些材料的原子鍵類型大多是共價鍵,所以在高溫下抗變形能力強。

非氧化物不同于氧化物,在自然界很少存在,需要人工來合成原料,然后再按陶瓷工藝做成制品。在原料合成過程中,必須避免與氧氣接觸,否則將會首先生產(chǎn)氧化物,而不是按預期生成氮化物或碳化物。這從熱力學的標準生成自由焓ΔG0來分析,可以清楚看出:ΔG0負值愈大。元素對O2的親和力越大,則該化合物越穩(wěn)定。碳化物、氮化物和硫化物的標準生產(chǎn)自由焓一般都大于相應氧化物ΔG0,說明生成的氧化物更為穩(wěn)定。所以這些非氧化物原料的合成及其燒結時都必須在保護性氣體(N2,惰性氣體)中進行,以免生成氧化物,影響材料的高溫性能。

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