氮化硅陶瓷介紹以及其在航空航天方面的運(yùn)用

氧化鋯陶瓷以及氧化鋁陶瓷在市場上較為常見，它們的優(yōu)勢都特別突出，與其類似的工業(yè)陶瓷氮化硅陶瓷也具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，接下來我們一起來了解下氮化硅陶瓷以及它在航空航天等方面的運(yùn)用吧！

氮化硅陶瓷因具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨性能和獨(dú)特的電性能，而被應(yīng)用于航天軍工、機(jī)械工程、通訊、電子、汽車、能源、化工生物等領(lǐng)域。

特別是在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域，氮化硅陶瓷是綜合性能最好，最有應(yīng)用潛力和左右希望替代鎳基合金并在高溫領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用的新材料。

一、氮化硅的基本性能

 氮化硅的詳細(xì)性能指標(biāo)如下：

1、耐熱，在常壓下，Si3N4沒有熔點(diǎn)，于1870℃左右直接分解，可耐氧化到1400℃，實(shí)際使用達(dá)1200℃(超過1200℃力學(xué)強(qiáng)度會(huì)下降)。

2、熱膨脹系數(shù)小（2.8-3.2）×10-6/℃，導(dǎo)熱系數(shù)高，抗熱震，從室溫到1000℃熱沖擊不會(huì)開裂。

3、摩擦系數(shù)小（0.1），有自潤滑性，（加油的金屬表面摩擦系數(shù)0.1-0.2）。

4、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕，除氫氟酸外不與其他其他無機(jī)酸反應(yīng)，800℃干燥氣氛下不與氧發(fā)生反應(yīng)，超過800℃，開始在在表面生成氧化硅膜，隨著溫度升高氧化硅膜逐漸變穩(wěn)定，1000℃左右可與氧生成致密氧化硅膜。可保持至1400℃基本穩(wěn)定。

5、氮化硅硬度高，耐磨損，莫氏硬度僅次于金剛石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅，抗機(jī)械沖擊。

6、氮化硅是共價(jià)鍵化合物，很難致密，有時(shí)需外加助劑，密度約為3.4（不同成型方法致密度不一樣，熱壓成型致密度較高，鋼的密度約為7.85，鈦合金的密度約為4.5左右，單位均為g/cm3）。

7、脆性大，是大多數(shù)陶瓷材料的通病，可采用連續(xù)纖維增韌，增加其韌性。

氮化硅陶瓷圓管

氮化硅陶瓷在航天軍工領(lǐng)域中的運(yùn)用：

航空制造是制造業(yè)中高新技術(shù)最集中的領(lǐng)域，屬于先進(jìn)制造技術(shù)，是新材料、新工藝和新技術(shù)的佼佼者。以飛機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為例，闡述航空制造中氮化硅的應(yīng)用。

飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)

飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)

以飛機(jī)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)為例，壓氣機(jī)零部件溫度在650℃以下，目前主要采用鈦合金、鋁合金及耐熱鋼。燃燒室燃燒區(qū)溫度高達(dá)1800-2000℃，引入氣流冷卻后，燃燒室壁溫仍然在900℃以上，常用高溫合金（鎳基及鈷基合金）板材制造，為防止燃?xì)鉀_刷、熱腐蝕和隔熱，常噴涂防護(hù)層，現(xiàn)采用彌散強(qiáng)化合金無需涂層可制備耐1200℃的燃燒室。

機(jī)構(gòu)陶瓷氮化硅耐熱，可在1400℃時(shí)仍然有高的強(qiáng)度、剛度（但超過1200℃時(shí)力學(xué)強(qiáng)度會(huì)下降），但比較脆，使用連續(xù)纖維增強(qiáng)的增強(qiáng)陶瓷可應(yīng)用于渦輪部件，特別是小發(fā)動(dòng)機(jī)的陶瓷葉片，渦輪外環(huán)和空氣軸承。此外，氮化硅陶瓷比密度小，密度僅為鋼軸承的41%，可有效降低飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)重量，減低油耗。