山东省陶瓷协会
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氮化物陶瓷是由氮与金属或非金属元素通过共价键结合形成的高性能陶瓷材料,具有高强度、耐高温、抗腐蚀及优良热学与电学特性。主要类型包括氮化硅、氮化硼、氮化铝、Sialon、氮化镓、氮化钛及过渡金属氮化物等,广泛应用于冶金、机械、电子、航空航天等领域。
氮化硅陶瓷

氮化硅是键能高而稳定的共价键晶体。特点是硬度高而摩擦因数低,且有自润滑作用,是优良的耐磨减摩材料;在1200℃以下时具有较高的机械性能和化学稳定性,且热膨胀系数小、抗热冲击。另外,氮化硅陶瓷能耐各种无机酸(氢氟酸除外)和碱溶液浸蚀,是优良的耐腐蚀材料。
氮化硼陶瓷

氮化硼是具有石墨类型的六方晶体结构。其特点是:硬度较低,导热和抗热性能高,耐热性好。有自润滑性能,高温下耐腐蚀、绝缘性好。该种材料主要用于高温耐磨材料和电绝缘材料、耐火润滑剂等。在高压和1360℃时,六方氮化硼会转化为立方β-BN,硬度提高到接近金刚石的硬度,且在1925℃以下不会氧化,所以可用作金刚石的代用品。
氮化铝陶瓷

氮化铝,是由共价键构成的类金刚石氮化物,属六方晶系纤锌矿型结构。该材料无毒,呈白色或灰白色粉末状,具有高热导率和低热膨胀系数,适用于耐热冲击材料、熔融金属坩埚及电子元件基板。可通过铝粉氨气合成或气相沉积法制备。
1.机械制造领域 轴承部件:氮化硅陶瓷轴承球硬度高、摩擦系数低、耐高温和耐腐蚀,适用于高速机床主轴、计算机硬盘驱动器、高速汽轮机等设备,可显著提高轴承寿命和运行精度。 切削刀具:氮化硅陶瓷刀具耐高温、耐磨性好,适合切削铸铁、高温合金等难加工材料,切削速度和效率远超传统刀具。 2.航空航天领域 发动机部件:氮化硅陶瓷用于航空发动机的涡轮叶片、燃烧室衬里、涡轮泵轴承等,可承受高温、高压和高速旋转,提高发动机效率和可靠性。 透波材料:氮化硅与石英复合的材料具有优异的介电性能,用于制造航天器的天线罩、天线窗等透波部件,保障通信和导航信号传输。 热防护系统:氮化硅陶瓷基复合材料作为热障涂层,可有效阻挡热量传递,保护航天器在重返大气层时免受高温破坏。 3.电子与半导体领域 散热基板:氮化硅、氮化铝陶瓷具有高导热性和电绝缘性,用于大功率LED、新能源汽车逆变器、半导体芯片封装等,有效解决散热问题,提高电子设备性能和稳定性。 集成电路载体:氮化铝陶瓷基片用于多芯片模块、微波功率放大器等,满足电子器件小型化、集成化需求。 半导体材料:氮化镓、氮化铝等氮化物半导体材料用于制造高亮度LED、激光器、高频大功率器件等。 4.生物医学领域 植入材料:氮化硅陶瓷具有良好的生物相容性和骨整合性能,用于制作人工关节、脊柱植入体、牙科种植体等,可替代金属或聚合物材料,减少排异反应。 医疗器械:用于制造手术刀、镊子、牙科钻头等医疗器械,具有耐磨、耐腐蚀、易消毒的特点。 5.冶金与化工领域 坩埚与容器:氮化硅、氮化铝陶瓷耐高温、耐腐蚀,用于熔炼金属、半导体材料的坩埚,以及化工反应容器、热交换器等,可承受高温和化学腐蚀。 耐火材料:氮化硼、氮化铝陶瓷用于制造耐火砖、耐火涂层,用于高温炉窑、冶金炉等设备,提高耐火性能和使用寿命。 6.能源领域 光伏产业:氮化硅陶瓷用于光伏硅片切割设备的导线轮、支撑件等,提高切割精度和生产效率。 储能材料:部分氮化物陶瓷(如氮化锂)可作为储氢材料,用于氢能源存储和释放。
