氮化硅陶瓷是一種人工合成的材料，其結(jié)構(gòu)中硅原子和氮原子間的共價(jià)鍵力強(qiáng)，因此其具有高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕、抗氧化、耐磨損，良好的抗熱沖擊等特點(diǎn)，被材料界認(rèn)為是綜合性能優(yōu)良、可應(yīng)用于高溫領(lǐng)域的一種工程陶瓷材料。

氮化硅的研究從20世紀(jì)50年代開始，到目前己經(jīng)將近70年了。最近三十年間，氮化硅陶瓷的犮展迅速，在其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，相關(guān)粉末制備，制品燒結(jié)等方面進(jìn)行了大量的研究，取得了矚目的成績(jī)。

氮化硅陶瓷具有良好的綜合性能，具有廣闊的應(yīng)用前景，長(zhǎng)期以來，材料工作者一直致力于幵發(fā)氮化桂陶瓷的優(yōu)異性能，不斷的開拓其應(yīng)用領(lǐng)域。隨著新技術(shù)的發(fā)展和理論的不斷深入，氮化硅陶瓷作為一種性能優(yōu)異的工程材料，必將得到更加迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

1、氮化硅的性能

氮化硅陶瓷具有很高的斷裂韌性和常溫強(qiáng)度，即使在高溫下，其強(qiáng)度也不會(huì)降低很多，高溫穩(wěn)定性良好。其主要的各項(xiàng)性能如下：

(1)氮化硅材料線膨脹系數(shù)較低，導(dǎo)熱性良好，具有優(yōu)良的抗熱震性；

(2)氮化硅的硬度非常大，為99.5，僅次于金剛石、BN等少數(shù)超硬物質(zhì)；

(3)氮化硅的摩擦系數(shù)小，本身具有自潤(rùn)滑性，耐磨損；

(4)氮化硅具有良好的機(jī)械性能，熱壓和反應(yīng)燒結(jié)的樣品都能獲得較高的抗彎強(qiáng)度，甚至能高達(dá)上千兆帕。其高溫穩(wěn)定性好，高溫下仍然具有比較高的抗彎強(qiáng)度，高溫蠕變很??；

(5)氮化硅材料具有良好的絕緣性能，是高溫下良好的絕緣體材料；

(6)氮化硅的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，不受到除氫氟酸外所有無機(jī)酸的侵蝕，在某些堿中，也能穩(wěn)定的存在；

(7)氮化硅陶瓷在氧化時(shí)，表面容易形成一層致密的二氧化硅膜，阻礙其繼續(xù)氧化。它耐氧化的溫度可達(dá)1400℃，在還原氣氛中最高可使用到1870℃。

(8)氮化硅與高溫的金屬溶液和熔融渣不潤(rùn)濕，可以作為高溫金屬溶液過濾器和優(yōu)秀的耐熔渣侵蝕材料。

2、氮化硅在耐火材料工業(yè)中的應(yīng)用

氮化硅陶瓷由于具有高溫強(qiáng)度高，耐磨性和耐蝕性好等優(yōu)異的高溫性能，被認(rèn)為是很有發(fā)展前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。強(qiáng)共價(jià)鍵及高溫下的低擴(kuò)散系數(shù)，導(dǎo)致氮化硅陶瓷的制造必須借助于高溫高壓及燒結(jié)劑，否則很難生產(chǎn)出高質(zhì)量的氮化硅材料。這些生產(chǎn)成本及設(shè)備的限制，冶金行業(yè)很難接受，所以，在耐火材料領(lǐng)域的研究起步較晚，研究也不深入，很多理論來源于陶瓷，沒有太多的創(chuàng)新。目前，氮化硅在耐火材料中一般只是以結(jié)合相的形式存在，通過金屬Si的氮化燒成，將剛玉或碳化硅等原料結(jié)合到一起，從而達(dá)到難燒結(jié)物相結(jié)合的目的。例如鋁電解槽用氮化硅結(jié)合碳化硅材料等等都是以氮化生成的Si3N4作為結(jié)合相，Si3N4也常常以粉料的形式引入到耐火材料中。

(1)在煉鐵耐火材料中的應(yīng)用

近些年來，大型高爐所用的剛玉-碳化硅-氮化硅-碳制品有了長(zhǎng)足的發(fā)展。而氮化硅、氧氮化硅或塞隆結(jié)合的碳化硅耐火制品在大型高爐的中段部位、焦?fàn)t承重部位己經(jīng)得到了大規(guī)模的應(yīng)用。另外，剛玉-碳化硅-氮化硅-碳質(zhì)的耐火材料在魚雷車的應(yīng)用也越來越多，其抗侵蝕性良好，耐磨損，抗沖刷，魚雷車內(nèi)襯耐火材料的使用壽命大大提高。

目前，國(guó)外己有約61%的高爐采用含Si3N4的耐火材料，特別是爐缸直徑為1215m的大型高爐采用它的己有68%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過去10年里，在127座高爐里砌筑了3500噸以上的此類優(yōu)質(zhì)制品。多數(shù)高爐的使用量為每座270800噸，使用部位從風(fēng)口、爐腹、爐腰到爐身中下部，而高爐中段主要推廣使用氮化硅結(jié)合制品。日本神戶鋼鐵公司古川鋼鐵廠，在混鐵車上嘗試添加少量的純β-Si3N4到Al2O3-SiC-C磚中，實(shí)驗(yàn)證明，其抗渣蝕性和抗氧化性都得到明顯改善。

(2)在煉鋼耐火材料中的應(yīng)用

近幾年來，氮化硅在國(guó)內(nèi)外先后應(yīng)用于鋼包底部的滑板材料中。在滑板中添加氮化硅質(zhì)材料，提高了滑板的耐磨性、抗沖刷性和使用壽命，降低了鋼包精煉的噸鋼成本；

(3)在鋁、銅、鋅等有色金屬冶煉耐火材料中的應(yīng)用

氮化硅陶瓷在高溫下與金屬溶液不潤(rùn)濕，所以其可用于有色金屬冶煉過程的高溫部件，如測(cè)溫?zé)犭娕继坠?，冶煉爐爐襯及各種容器內(nèi)襯、坩堝等。氮化硅陶瓷制品抗熱震性好，可以在高溫下，或者在高溫-低溫循環(huán)中穩(wěn)定的長(zhǎng)期使用。

(4)在窯具材料中的應(yīng)用

陶瓷棚板即是以碳化硅為顆粒原料，金屬Si為細(xì)粉，在高溫氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)制備的氮化硅結(jié)合碳化硅材料，使材料的性能得到大幅度地提高。同黏土結(jié)合的碳化硅棚板相比，材料的高溫性能得到大幅度提高，并且解決了黏土結(jié)合碳化硅擁板使用時(shí)因碳化硅的氧化導(dǎo)致棚板鼓脹破壞的問題。

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