功能陶瓷材料与器件期末论文

1报告题目：氮化硅陶瓷课程名称：功能陶瓷与器件学院：材料学院专业：材料物理班级：材料物理XX学号：XXXXXXXX学生姓名：XX指导老师：XX]2012年6月10日2氮化硅陶瓷摘要:随着时代不断的进步，工业不断的发展，在高速发展的今天科技产业对工业材料的需求越来越高，而功能陶瓷材料的出现不论在性能上还是在工业的满足上都能很好的符合当代发展的需要。本文主要介绍氮化硅陶瓷的基本性质,重点说明氮化硅陶瓷的制备及其进展.研究现状问题,应用.关键字:氮化硅陶瓷,发展,问题Abstract:Withtheeraofconstantprogress,industryunceasingdevelopment,intherapiddevelopmentoftoday'sscienceandtechnologyindustryofindustrialmaterialsdemandmoreandmorehigh,andtheemergenceoffunctionalceramicmaterialsregardlessofinperformanceorintheindustrymeetthecanverygood,inlinewiththeneedsofthedevelopmentofcontemporary.Thispapermainlyintroducesthebasicpropertiesofsiliconnitrideceramics,andhighlightsthepreparationanditsprogressofsiliconnitrideceramics.keywords:Siliconnitrideceramics,development,problem前言氮化硅陶瓷由于具有高比强,高比摸,耐高温,抗氧化,耐磨损,抗热震等系列的优点,所以在高温,高速,强腐蚀的恶劣环境中具有特殊的使用价值,尤其是在高速科技发展的今天,国内外对这一块的研究与开发使其得到了更好,更广泛的发展,但是因为本身制备的成本高,高温下性能的降低与固有的脆性还是限制了自身的应用本文从氮化硅的制备工艺,提高氮化硅陶瓷高温性能的方法等方面来介绍氮化硅陶瓷的研究与进展及其应用,对未来的展望.氮化硅陶瓷的介绍氮化硅陶瓷是一种烧结时不收缩的无机材料。氮化硅的强度很高，尤其是热压氮化硅，是世界上最坚硬的物质之一氮化硅陶瓷的制备工艺它是用硅粉作原料，先用通常成型的方法做成所需的形状，在氮气中及1200℃的高温下进行初步氮化，使其中一部分硅粉与氮反应生成氮化硅，这时整个坯体已经具有一定的强度。然后在1350℃～1450℃的高温炉中进行第二次氮化，反应成氮化硅。用热压烧结法可制得达到理论密度99%的氮化硅。常见的工艺方法有1反应烧结(RS)反映烧结氮化硅主要是把硅(Si)粉或者硅粉与四氮化三硅(Si3N4)的混合物形成后,在1200度的高温下左右通入氮气进行预氮化,然后再经过机械加工完成所3需要的器件,最后经过1400度的高温进行最终氮化烧结值得注意的是在此过程中不需要添加助烧剂,但是所得制品的致密度在百分之七十到百分之九十,存有大量的气孔.2热压烧结（HPS)是将Si3N4粉末和少量添加剂（如MgO、Al2O3、MgF2、Fe2O3等），在1916MPa以上的压强和1600℃以上的温度进行热压成型烧结。英国和美国的一些公司采用的热压烧结Si3N4陶瓷，其强度高达981MPa以上。烧结时添加物和物相组成对产品性能有很大的影响。由于严格控制晶界相的组成，以及在Si3N4陶瓷烧结后进行适当的热处理，所以可以获得即使温度高达1300℃时强度（可达490MPa以上）也不会明显下降的Si3N4系陶瓷材料，而且抗蠕变性可提高三个数量级。若对Si3N4陶瓷材料进行1400———1500℃高温预氧化处理，则在陶瓷材料表面上形成Si2N2O相，它能显著提高Si3N4陶瓷的耐氧化性和高温强度。热压烧结法生产的Si3N4陶瓷的机械性能比反应烧结的Si3N4要优异，强度高、密度大。但制造成本高、烧结设备复杂，由于烧结体收缩大，使产品的尺寸精度受到一定的限制，难以制造复杂零件，只能制造形状简单的零件制品，工件的机械加工也较困难。3常压烧结法（PLS)在提高烧结氮气氛压力方面，利用Si3N4分解温度升高（通常在N2=1atm气压下，从1800℃开始分解）的性质，在1700———1800℃温度范围内进行常压烧结后，再在1800———2000℃温度范围内进行气压烧结。该法目的在于采用气压能促进Si3N4陶瓷组织致密化，从而提高陶瓷的强度.所得产品的性能比热压烧结略低。这种方法的缺点与热压烧结相似。4重烧结(PS)将反应烧结的Si3N4烧结坯在助烧剂存在的情况下,置于氮化硅粉末中,在高温下重烧结,得到致密的Si3N4制品。助烧剂可在硅粉球磨时引入,也可用浸渍的方法在反应烧结后浸渗加入由于反应烧结过程中可预加工,在重烧结过程中的收缩仅有6%～10%,所以可制备形状复杂,性能优良的部件应用件陶瓷发动机的开发研制是高温结构陶瓷研究的主要目标及最重要的应用,发动机的零.部件一般是在高温.高速运转等苛刻的工况条件下运作普通的金属材料或高分子材料难以满足要求即使高温合金使用温度也不能超过而且效率较低,而陶瓷发动机可提高工作温度改善发动机性能提高燃烧效率节约能源,美国早在81年就由AB66CDE公司研制出试验性无冷却柴油发动机现已研制出汽车.卡车.轮船用陶瓷发动机,日本政府也在年制成全陶瓷发动机其热效率达节约燃料使之输出功率提高.氮化硅陶瓷研究需解决的问题氮化硅陶瓷的研究从研究状况来看,已经从过去经验式的研究提高到在理论指导4下进行研究以致可以适当地进入到按照使用上的要求进行材料的设计这一台阶同时也进入到一定的应用阶段但总的来说市场还未打开人们对它还有一个认识过程对它研究需要考虑一下几个问题材料的可靠性陶瓷材料的工艺决定了材料的性能有一定的分散性充分掌握材料组成显微结构和性能之间的关系是日后生产上稳定性的保材料的可利用性氮化硅陶瓷的研究是已发动机应用为契机的但研制的新材料除了为了它特定的需要之外需要研究其它的可能用途因此应积极寻准它的应用对象和扩大它的应用范围材料制作的成本现阶段研制的氮化硅陶瓷虽说具有较好的性能除了其他因素以外成本较高是它难以大量推广的重要原因.总结:氮化硅陶瓷的优异性能对于现代技术经常遇到的高温、高速、强腐蚀介质的工作环境,具有特殊的使用价值。因而使它在许多领域得到应用并有许多潜在的用途。在机械工业中,用作涡轮叶片、高温轴承、高速切削工具等;在冶金工业中,用作坩埚、燃烧嘴、铝电解槽衬里等热工设备上的部件;在化学工业中用作耐蚀耐磨零件,如球阀、泵体、燃烧器汽化器等;在半导体、航空航天、原子能工业上用作薄膜电容器、高温绝缘体、雷达天线罩、原子反应堆中的支承件和隔离体、的载体等。但其固有的脆性和较高的制备成本还是极大的限制了Si3N4陶瓷的应用。因此今后,我们仍要按照实际使用的要求,来设计Si3N4陶瓷的结构和性能,优化Si3N4陶瓷的制备工艺,并在降低制作成本,提高其可靠性,稳定性上作出进一步的努力.参考文献[1]王佩玲.贾迎新.张骋.孙维莹1Ca2α2Sialon的形成特性和显微结构的研究1无机材料学报.1999,14(5):565[2]蒋丹宇.施剑林.来亭荣1Y2α2β2SiAlON复相陶瓷的制备和显微结构调控1硅酸盐学报.1999,1:45[3]孙维莹.张骋.复合稀土-α2β2Sialon的力学性能和热稳定性特性1无机材料学报.1999,14(4):575[4]饶平根.叶建东.毛骏飙.徐之文1ZrO22Si3N4陶瓷复合材料[5]黄勇%谢志鹏3C;(\,粉体的表面化学性质和水中的胶体特性3硅酸盐通报3’GGG%.[6].ChenZhang,RalphH.Zee,PaulE.Thoma,“DevelopmentofNi-Tibasedshapememoryalloysforactuationandcontrol”,EnergyConversionEngineerinConference,,ol.1,pp.239-244[7].G.Song,V.Chaudhry,andV.Batur,“Precisiontrackingcontrolofshapmemoryalloyactuatorsusingneuralnetworksandsliding-modebasedrobustcontroller”,SmartMaterialsandStructures,2003,Vol.12,pp.223-231