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同为特种陶瓷,氧化物陶瓷和氮化物陶瓷有什么区别

陶瓷材料是由天然或合成化合物经过成形和高温烧结,制成的一种无机非金属材料,是非金属材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的材料之一。它兼有金属材料和高分子材料的共同优点,在不断改性的过程中,已经使其易碎性得到很大的改善。陶瓷材料以其优异的性能在材料领域独树一帜,受到人们的高度重视,在未来的社会发展中将发挥非常重要的作用。


陶瓷材料又分为普通陶瓷材料、纳米陶瓷和特种陶瓷材料等。氧化物陶瓷和氮化物陶瓷同属于特种陶瓷。


氧化物陶瓷


氧化物陶瓷是由一种或数种氧化物制成的陶瓷。按组分可分为单一氧化物陶瓷,如氧化铝、氧化铍、二氧化钛陶瓷等。复合氧化物陶瓷,如尖晶石,莫来石等。


氧化物陶瓷通常具有较高的熔融温度,在氧化气氛中非常稳定。其具有较高的机械强度、电绝缘性能和化学稳定性。除氧化铍陶瓷外,其导热性较低。通常采用超细粉配料并加入少量烧结促进剂和改性添加剂。


氧化物陶瓷按制品形状及性能要求可采用热压铸、干压、等静压、流延、挤制、注浆等多种成型方法。大多数制品在氧化气氛中烧成,有时也采用真空、氢气或控制气氛烧结。其制备过程包括预烧、配方、磨细、成型和烧结等步骤。


在陶瓷材料中,氧化铝陶瓷是使用最为广泛的材料之一。氧化铝陶瓷具有机械强度高,绝缘电阻大,硬度高,耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能,其广泛欧洲盘口于陶瓷、纺织、石油、化工、建筑及电子等各个行业,是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销量最大的陶瓷新材。


氮化物陶瓷


氮化物陶瓷是氮与金属或非金属元素以共价键相结合的难熔化合物为主要成分的陶瓷。


欧洲盘口较广的陶瓷有四氮化三硅、氮化硼、氮化铝等陶瓷。其中以四氮化三硅陶瓷的抗氧化能力最佳,1400℃时开始活性氧化,抗化学腐蚀性很好。有的还具有特殊的机械、介电或导热性能。和氧化物相比,氮化物抗氧化能力较差,从而限制了其在空气中的欧洲盘口。


氮化物陶瓷的烧结较困难。因此其生产成本比氧化物陶瓷高。制作时需先制出优质粉末原料,然后采用氮化反应烧结法和热压烧结法、热等静压烧结法等制成陶瓷制品。


氮化物陶瓷具有极其优良的耐化学腐蚀性能,是制造各种易腐蚀部件的好材料。它能耐几乎所有的无机酸(氢氟酸除外)和30%以下的烧碱溶液,也能耐很多有机物质的侵蚀。所以可用作制造坩埚、球阀、高温密封阀、各类水泵的密封件等。


氮化物陶瓷还是一种很好的电绝缘材料,它的电绝缘性能可以和氧化铝陶瓷相比。它还有透微波的性能,可以用作雷达天线罩。它的介电性能随温度的变化甚小,在高温下至少可用到550°C。它的抗热震性能在各类陶瓷中是比较优越的,这使它可以在六个马赫(即六倍于音速),甚至于可在七个马赫的飞行速度下使用,是制造火箭喷嘴和透平叶片的合适材料。


Si3N4结构陶瓷材料具有许多优异的性能,但其致命的弱点就是其脆性。它不像金属那样具有塑性变形的能力、具有可滑移的位错系统,当外加能量超过一定的限度时,它只有以形成新的表面来消耗外加能量,即在陶瓷体内形成新的裂纹表面导致灾难性破坏。因此,改善和提高陶瓷材料的韧性成为研究者共同关注的课题。目前,Si3N4结构陶瓷的增韧途径主要有颗粒增韧、晶须或纤维增韧、ZrO2相变增韧及柱状Si3N4晶粒的自增韧等四种途径。此外Si3N4陶瓷的制作成本相对较高,使其难以迅速推广使用,应积极研究Si3N4陶瓷的低成本制作途径,加速其产业化进程。


参考来源: 黄菲. 氧化物陶瓷剖析

       王波. 高性能多孔氮化物陶瓷的组织设计与制备

       刘永胜. 氮化物陶瓷系高温透波材料的研究进展

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