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認(rèn)識(shí)一下非氧化物陶瓷的有關(guān)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(chēng)。隨著科學(xué)技術(shù)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(dòng)了現(xiàn)代高新科技的進(jìn)步,在人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的歷程中有著巨大的促進(jìn)作用,對(duì)經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

特點(diǎn)

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(jié)時(shí),易產(chǎn)生氧化物,必須在保護(hù)氣氛(Ar、N2)下進(jìn)行。

③非氧化物一般是鍵能很強(qiáng)的共價(jià)鍵,因此難熔或難燒結(jié)。

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(jià)鍵結(jié)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(wú)法比擬的。劣勢(shì)在于非氧化物陶瓷的燒結(jié)普遍困難,必須在極高溫度(1500~2500℃)且具有燒結(jié)助劑的情況下才能獲得高密度產(chǎn)品,有時(shí)還必須借助熱壓燒結(jié)法才能達(dá)到期望密度(>95%),這就導(dǎo)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(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)中獲得應(yīng)用,更引起科學(xué)工作者的濃厚興趣,因?yàn)檫@與精細(xì)的工業(yè)國(guó)家亟待解決的能源問(wèn)題密切相關(guān)。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(jié)構(gòu)材料而引人注目,是因?yàn)檫@些材料的原子鍵類(lèi)型大多是共價(jià)鍵,所以在高溫下抗變形能力強(qiáng)。

非氧化物不同于氧化物,在自然界很少存在,需要人工來(lái)合成原料,然后再按陶瓷工藝做成制品。在原料合成過(guò)程中,必須避免與氧氣接觸,否則將會(huì)首先生產(chǎn)氧化物,而不是按預(yù)期生成氮化物或碳化物。這從熱力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)生成自由焓ΔG0來(lái)分析,可以清楚看出:ΔG0負(fù)值愈大。元素對(duì)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(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)自由焓一般都大于相應(yīng)氧化物ΔG0,說(shuō)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(jié)時(shí)都必須在保護(hù)性氣體(N2,惰性氣體)中進(jìn)行,以免生成氧化物,影響材料的高溫性能。

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