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為什么要做出可以導電的氮化硅陶瓷?
2021年02月04日    閱讀量:1462    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

隨著新技術革命的發展,許多新材料逐漸向高強度、高硬度、耐腐蝕、耐磨和耐高溫的方向發展,雖然應用優勢明顯,但同時也帶來了加工難的問題。

比如說氮化硅陶瓷,它是一種用硅粉作原料,經球磨、氮化后,再摻以少量的助燒結劑熱壓燒結成型的特種陶瓷材料,具有高的硬度、強度,良好的斷裂韌性、抗高溫氧化性和抗熱震性,因此在在冶金、航空航天、化工等領域頗受青睞,可用作轉子、活塞桿、滾珠軸承、電子件保護膜、密封件等。


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氮化硅陶瓷刀具


有句話叫人無完人,氮化硅陶瓷也是如此,雖然性能方面它似乎已經很完美了,但是“難加工”依舊是它很難回避的一個難題中國建材網cnprofit.com。目前市面上主要采用金剛石對氮化硅陶瓷材料進行加工,不僅加工效率和精度低、成本高,而且難以加工復雜的微型化零部件。


如此一來,尋找一種更為合適的加工方式對于氮化硅陶瓷的發展確實具有重要的意義。比如說近年來就有一種很被看好的新型加工方式——“放電加工”。這是一種利用電能轉換成工件熱能,使工件急速融熔的一種熱性加工方法,其加工過程可無視材料的強度、硬度、脆性等力學性能,因此是導電難加工材料的理想工藝選擇。


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放電加工原理示意圖


然而,作為一種共價鍵結合的化合物,氮化物陶瓷本身的導電性是比較差的。雖然在大多數時候,這樣的“缺點”是無傷大雅的,不過在放電加工的場合,差勁的導電性能卻足以讓它say byebye.


因此為了提高氮化硅材料的導電性,科學家提出可通過在氮化硅基體中添加導電粒子,制備出導電氮化硅復合陶瓷材料。如此一來便可以進行放電加工,從而提高了氮化硅材料的加工性能。


備注:在放電加工時,液體在電極與工件極細微的間隙中,產生過渡電弧放電現象,進而對工件產生熱作用,同時在加工中,液體由于受到放電壓力及熱作用產生氣化爆發現象,此時工件融熔的部份,將隨液體氣化現象熔入加工液體中,工件因放電的作用產生放電痕,這個動作反覆進行,即可得到需要的規格及形狀。


增強氮化硅陶瓷導電性的方式


針對氮化硅基陶瓷導電性差,難以加工的特點,目前主要通過添加合適的導電材料來降低其電阻率,使之可用于放電加工,解決加工困難的問題。但需要注意的是,在此基礎上還需要根據現有的復合陶瓷材料設計原則,增韌補強機理、燒結機理,選擇合適的添加相、燒結助劑和燒結工藝,才能制備出高性能導電氮化硅復合陶瓷材料。


根據張晶偉的研究,TiC顆粒、TiC晶須和TiN顆粒都可提高材料的力學性能和導電性,但TiN顆粒在提高材料力學性能和導電性方面所起作用有限。而TiC顆粒和TiC晶須在提高材料力學性能和導電性方面所起作用明顯,且在添加量為30vol%時,所制備的Si3N4-TiC(顆粒)和Si3N4-TiC(晶須)復合陶瓷刀具材料具有優良的力學性能和導電性。


雖然目前這方面的研究還存在許多不足,但在氮化硅陶瓷受到重視的當下,不可否認確實是一個有前景的方向。如果您有這方面的高見,也歡迎在評論區留言交流哦!


資料來源:

高性能導電氮化硅基陶瓷刀具材料研究,張晶偉。


標簽:今日頭條,技術中心,成品材料,瓷磚陶瓷
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