"Độ dẻo dai" đã được cải thiện! Tám lời khuyên để làm cứng gốm silicon nitride- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

Là một vật liệu gốm kết cấu quan trọng, Sĩ ₃ N ₄ gốm sứ có tính chất cơ học tốt và khả năng chống sốc nhiệt (được làm nóng đến hơn 1000oC trong không khí, nó sẽ không bị vỡ ngay cả khi được làm lạnh hoặc làm nóng đột ngột). Nó được coi là có hiệu suất toàn diện tốt hiện nay và đã được sử dụng rộng rãi trong luyện kim, hàng không vũ trụ, năng lượng, máy móc, công nghiệp quân sự, quang học, công nghiệp thủy tinh và các lĩnh vực khác.

Hạn chế bởi “vấn đề chung của gốm sứ” – độ giòn cao

Si ₃ N ₄ là một hợp chất liên kết cộng hóa trị mạnh với độ bền liên kết nguyên tử cao và hiệu suất toàn diện tốt. Ngoài ra, do tính định hướng và bão hòa của liên kết cộng hóa trị nên có ít hệ trượt trong Si ₃ N ₄ gốm bao gồm các liên kết cộng hóa trị và chúng thường bị vỡ trước khi xảy ra hiện tượng trượt, dẫn đến độ giòn đáng kể của Si ₃ N ₄ gốm sứ.

Tuy nhiên, độ bền gãy thấp của Si ₃ N ₄ gốm sứ và độ nhạy cảm với các vết nứt cục bộ bên trong vật liệu đã trở thành những thiếu sót nghiêm trọng của Si ₃ N ₄ gốm sứ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ và độ tin cậy của nó và hạn chế đáng kể phạm vi ứng dụng của nó.

Bột nguyên liệu thô có ảnh hưởng đến độ bền gãy của nó không?

Kể từ khi quá trình điều chế Si ₃ N ₄ gốm sứ chủ yếu sử dụng bột làm nguyên liệu thô, thân gốm dày đặc thu được sau khi ép và thiêu kết. Vì vậy, đặc tính của Si ₃ N ₄ bột đóng một vai trò quan trọng trong quá trình thiêu kết và hiệu suất. Sĩ ₃ N ₄ bột chủ yếu bao gồm hai loại: α-Si ₃ N ₄ pha và β-Si ₃ N ₄ Khi hàm lượng pha β trong bột> 30vol.%, động lực giảm trong giai đoạn hòa tan và kết tủa thiêu kết, và quá trình cô đặc của gốm silicon nitride bị ức chế; và cấu trúc vi mô của gốm chủ yếu bao gồm các tinh thể cân bằng mịn hơn, không có lợi cho việc đạt được độ bền gãy cao.

Sử dụng α-Si ₃ N ₄ vì bột ban đầu thuận lợi hơn cho việc điều chế Si có độ bền và độ dẻo dai cao ₃ N ₄ gốm sứ vì α-Si ₃ N ₄ được hình thành bởi phản ứng kết tủa hòa tan trong quá trình thiêu kết pha lỏng β-Si ₃ N ₄ và trong giai đoạn làm thô hạt tiếp theo, sự tăng trưởng dị hướng của β-Si ₃ N ₄ có thể hình thành cấu trúc vi mô tự tăng cường, cải thiện mật độ và độ dẻo dai của Si ₃ N ₄ gốm sứ.

Về hàm lượng oxy, độ dẻo dai tăng lên khi hàm lượng oxy trong bột giảm. Điều này là do khi sử dụng bột có hàm lượng oxy bề mặt thấp, pha lỏng được tạo ra ít hơn trong quá trình thiêu kết, dẫn đến ít vị trí tạo mầm và ít hạt nhân hơn và dạng tinh thể thay đổi từ bán trục sang trục. β-Si ₃ N ₄ ở dạng thanh dài, có tỷ lệ khung hình cao hơn và độ bền gãy cao hơn.

Ngoài ra Sĩ ₃ N ₄ bột có hàm lượng carbon cao sẽ ức chế quá trình cô đặc của silicon nitride. Vì cacbon phản ứng với silicon dioxide (SiO ₂ ) trên bề mặt Si ₃ N ₄ bột tạo ra CO và SiO, sự hình thành pha lỏng bị ức chế, không có lợi cho quá trình cô đặc của Si ₃ N ₄ .

Do đó, hàm lượng pha α, hàm lượng oxy và hàm lượng carbon trong Si ₃ N ₄ bột nguyên liệu gốm đều ảnh hưởng đến độ bền gãy của Si ₃ N ₄ thân thiêu kết. Các yếu tố chính để chọn α cao để đạt được độ bền đứt gãy cao Si ₃ N ₄ gốm sứ là pha vật lý, hàm lượng oxy thấp, hàm lượng carbon thấp và diện tích bề mặt riêng thích hợp của Si ₃ N ₄ bột.