氮化硅结合碳化硅陶瓷是一种高性能的复合材料,它巧妙地结合了碳化硅和氮化硅两种材料的优势,从而展现出多种优异的性能,使其在苛刻环境中具有广泛的应用前景。
其主要优点包括:
- 优异的高温性能:
1.高温强度保留率高:在高温下(通常在1400°C以上)仍能保持相当高的强度和硬度,远优于许多金属和其他陶瓷材料。这使得它非常适合高温应用。
2.抗氧化性好:表面形成的二氧化硅或硅氧氮化物保护层能有效阻止氧的进一步渗透,延缓氧化过程。
3.抗蠕变性好:在高温和长期应力作用下,抵抗缓慢塑性变形的能力强。
- 出色的力学性能
1.高硬度和高耐磨性:碳化硅和氮化硅本身都是硬度极高的材料。氮化硅结合相将碳化硅颗粒牢固地粘结在一起,形成非常坚硬和耐磨的结构,特别适合耐磨部件。
2.高抗弯强度:具有较高的室温抗弯强度,并且在高温下强度衰减缓慢。
3.良好的断裂韧性:相对于单一组分的陶瓷,其断裂韧性有所提高。氮化硅相的存在能通过裂纹偏转、桥接等机制消耗断裂能量,阻止裂纹扩展。
- 卓越的热学性能:
1.高热导率:碳化硅本身具有很高的热导率(虽然氮化硅结合相的热导率较低,但整体复合材料的热导率仍然显著高于许多其他陶瓷材料),有利于热量的快速传递,减少热应力。
2.低热膨胀系数:碳化硅和氮化硅的热膨胀系数都相对较低且匹配较好。这使得复合材料整体具有较低的热膨胀系数。
3.优异的热震稳定性:这是该材料最突出的优点之一。低热膨胀系数 + 高热导率 + 较高的强度和韧性,三者结合,使其能够承受剧烈的温度变化(急冷急热)而不易开裂或破坏。这是它广泛应用于窑具、燃烧器喷嘴等需要反复承受热循环场合的关键原因。
- 良好的化学稳定性:
耐腐蚀性强:对大多数酸(除氢氟酸和热磷酸外)、碱、熔融金属(如铝、锌、铅、铜等)以及熔融盐具有优异的抵抗能力。这使得它在化工、冶金等领域有重要应用。