淺談：氮化硅陶瓷與碳化硅陶瓷的區(qū)別

大家都知道氮化硅陶瓷是一種燒結(jié)時(shí)不收縮的無機(jī)材料陶瓷，且強(qiáng)度很高，尤其是熱壓的氮化硅，是世界上較為堅(jiān)硬的物質(zhì)之一，具有強(qiáng)度高，密度低，耐高溫等特性。而碳化硅陶瓷是熱壓燒結(jié)、無壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)的材料，其高溫強(qiáng)度可一直維持到1600℃，是陶瓷材料中高溫強(qiáng)度較好的材料。那兩者的區(qū)別在哪里呢？下面我們一起來了解一下吧！

氮化硅陶瓷屬高溫難溶化合物，無熔點(diǎn)，抗高溫蠕變能力強(qiáng)，不含粘結(jié)劑的反應(yīng)燒結(jié)氮化硅負(fù)荷軟化點(diǎn)在1800℃以上。氮化硅陶瓷導(dǎo)熱率為 18.42 W/ m ·K ,因此它具有優(yōu)良的抗熱震性能，僅次于石英和微晶玻璃 ，有實(shí)驗(yàn)報(bào)告說明密度為2500 kg/m3的反應(yīng)燒結(jié)氮化硅試樣由1200 ℃冷卻至20℃熱循環(huán)上千次，仍然不破裂，氮化硅陶瓷的熱穩(wěn)定性好。

氮化硅陶瓷是一種共價(jià)鍵化合物，基本結(jié)構(gòu)單元為[ SiN4 ]四面體，硅原子位于四面體的中心，在其周圍有四個(gè)氮原子，分別位于四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，然后以每三個(gè)四面體共用一個(gè)原子的形式，在三維空間形成連續(xù)而又堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。氮化硅的很多性能都?xì)w結(jié)于此結(jié)構(gòu)。純Si3N4為3119，有α和β兩種晶體結(jié)構(gòu)，均為六角晶形，其分解溫度在空氣中為1800℃，在011MPa氮中為1850℃。Si3N4 熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱率高，故其耐熱沖擊性極佳。熱壓燒結(jié)的氮化硅加熱到l000℃后投入冷水中也不會(huì)破裂。在不太高的溫度下，Si3N4 具有較高的強(qiáng)度和抗沖擊性，但在1200℃以上會(huì)隨使用時(shí)間的增長(zhǎng)而出現(xiàn)破損，使其強(qiáng)度降低，在1450℃以上更易出現(xiàn)疲勞損壞，所以Si3N4 的使用溫度一般不超過1300℃。由于Si3N4 的理論密度低，比鋼和工程超耐熱合金鋼輕得多，所以，在那些要求材料具有高強(qiáng)度、低密度、耐高溫等性質(zhì)的地方用Si3N4 陶瓷去代替合金鋼是再合適不過。

碳化硅俗稱金剛砂，又稱碳硅石，是一種典型的共價(jià)鍵的化合物，自然界幾乎不存在，而碳化硅是共價(jià)鍵很強(qiáng)的化合物，其Si--C鍵的離子型僅12%左右，因此，它也具有優(yōu)良的力學(xué)性能、優(yōu)良的抗氧化性、高的抗磨損性以及低的摩擦系數(shù)等。碳化硅的最大特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度高，普通陶瓷材料在1200 ~ 1400攝氏度時(shí)強(qiáng)度將顯著降低，而碳化硅在1400攝氏度時(shí)抗彎強(qiáng)度仍保持在500 ~600MPa的較高水平，因此其工作溫度可達(dá)1600 ~ 1700攝氏度。碳化硅具有優(yōu)良的力學(xué)性能、優(yōu)良的抗氧化性、高的抗磨損性以及低的摩擦系數(shù)等。碳化硅陶瓷的缺點(diǎn)是斷裂韌性較低，即脆性較大，為此，以SiC陶瓷為基的復(fù)相陶瓷，如纖維(或晶須)補(bǔ)強(qiáng)、異相顆粒彌散強(qiáng)化、以及梯度功能材料相繼出現(xiàn)，改善了單體材料的韌性和強(qiáng)度。

碳化硅陶瓷廣泛應(yīng)用于航空、機(jī)械、汽車、冶金、化工、電子等領(lǐng)域。碳化硅可以劃分為重結(jié)晶碳化硅陶瓷、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷、無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷、熱壓燒結(jié)碳化硅陶瓷、高溫?zé)岬褥o壓燒結(jié)碳化硅陶瓷以及化學(xué)氣相沉積碳化硅。各種工藝制備的碳化硅性能有較大的差別，因此可以利用各種不同工藝制造不同性能的碳化硅陶瓷，滿足不同需求。