氮化硅陶瓷介紹以及其在航空航天方面的運用

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特的優(yōu)點，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用吧！

氮化硅陶瓷因具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨性能和獨特的電性能，而被應(yīng)用于航天軍工、機械工程、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

 氮化硅的詳細性能指標(biāo)如下：

1、耐熱，在常壓下，Si3N4沒有熔點，于1870℃左右直接分解，可耐氧化到1400℃，實際使用達1200℃(超過1200℃力學(xué)強度會下降)。

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，抗機械沖擊。

6、氮化硅是共價鍵化合物，很難致密，有時需外加助劑，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，屬于先進制造技術(shù)，是新材料、新工藝和新技術(shù)的佼佼者。以飛機的渦輪發(fā)動機為例，闡述航空制造中氮化硅的應(yīng)用。

飛機渦輪發(fā)動機

飛機渦輪發(fā)動機

以飛機的渦輪噴氣發(fā)動機為例，壓氣機零部件溫度在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，為防止燃氣沖刷、熱腐蝕和隔熱，常噴涂防護層，現(xiàn)采用彌散強化合金無需涂層可制備耐1200℃的燃燒室。

機構(gòu)陶瓷氮化硅耐熱，可在1400℃時仍然有高的強度、剛度（但超過1200℃時力學(xué)強度會下降），但比較脆，使用連續(xù)纖維增強的增強陶瓷可應(yīng)用于渦輪部件，特別是小發(fā)動機的陶瓷葉片，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%，可有效降低飛機發(fā)動機重量，減低油耗。