赛隆(Sialon)陶瓷介绍与应用

1.赛隆(Sialon)陶瓷简介

 

20世纪70年代初,学者在对Si3N4添加剂的研究中发现,在Si3N4-Al2O3系统,当添加多量的Al2O3时,便构成Si-Al-O-N系统,它是由Al2O3的AI、O原子部分地置换了Si3N4中的Si、N原子,而有效地促进了Si3N4的烧结,形成了β-Si3N4 固溶体。 该固溶体被称为"Silicon Aluminum Oxynitride”, 取其字头为“Sialon”, 译名为“赛隆”。这种称为“赛隆” 的陶瓷的化学式可表示为:Si6-xAlxN8-xOx。其中x为Al原子置换Si原子的数目。

除了Si-Al-O-N系统外,还有 Mg-Si-Al-O-N系统、Y-Si-Al-O-N系统,以及镧系金属氧化物(如La2O3、Sm2O3、CeO2等)与Si3N4形成的系统等。

赛隆陶瓷的晶体结构与Si3N4一样属六方晶系。Al2O3渗入Si3N4中并不改变原来的β-Si3N4 结构,但晶格常数及其他性能则随 Al2O3渗入的多少而有变化。

 

2. 赛隆陶瓷的制造工艺

 

(1) 配方设计

赛隆陶瓷应根据产品性能的要求进行配方设计。 赛隆陶瓷是金属氧化物和金属氮化物一种宽范围的固溶体材料,调整固溶体的组分比例,可获得性能优异的赛隆陶瓷材料。

(2) 成型

赛隆陶瓷的成型可采用挤压、模压、浇注或等静压成型法。

(3) 烧成

赛隆陶瓷通常采用无压烧结或热压烧结,在1600~1800℃的惰性气氛中烧结,可获得接近理论密度的赛隆陶瓷烧结体。

常压烧结赛隆陶瓷的制造工艺是将 Si3N4 粉与适量的 Al203 粉及 AIN 粉共同混合,成型之后在1700℃的氮气气氛中烧结,形成Si6-xAlxN8-xOx型主晶相。式中的x表示在β-Si3N4晶胞中Si原子被AI原子置换的数目,范围是0~4.2。固溶体的性质随其组成和处理温度而异。

对于性能要求特别高的赛隆陶瓷材料,应采用热压法制备。

 

3. 赛隆陶瓷的性能与用途

 

(1) 性能

由于赛隆陶瓷有可能减少或消除熔点不高的玻璃态晶界,而以具有优良性能的固溶体形态存在,因此它具有诸多的优良性能,如常温和高温强度很大、常温和高温化学稳定性优异、耐磨性很高、热膨胀系数低、抗热冲击性好、抗氧化性强、密度不大等。

(2) 用途

赛隆陶瓷具有许多优异性能,它在军事工业、航空航天工业、机械工业和电子工业等方面,具有广泛的应用前景。

赛隆陶瓷已在机械工业上用做轴承、密封件、焊接叁筒和定位销。普通定位销的寿命为7000次,而赛隆定位销可达500万次。赛隆密封件的性能优于其他材料。

它已用作连铸用的分流环,热电偶保护套管,晶体生长器具,坩埚,高炉下部内衬,铜,铝合金管拉拔芯棒以及滚轧、挤压和压铸用模具材料。

它还具有良好的高温机械性能,制作成汽车内燃机挺杆,运行60000km, 仅磨损0.75μm.

赛隆陶瓷还可制作透明陶瓷,如高压钠灯灯管、高温红外测温仪窗口。此外,它还可以用作生物陶瓷,制作人工关节等。

 

赛隆陶瓷材料

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