20世紀(jì)70年代初,學(xué)者在對(duì)Si3N4添加劑的研究中發(fā)現(xiàn),在Si3N4-Al2O3系統(tǒng),當(dāng)添加多量的Al2O3時(shí),便構(gòu)成Si-Al-O-N系統(tǒng),它是由Al2O3的AI、O原子部分地置換了Si3N4中的Si、N原子,而有效地促進(jìn)了Si3N4的燒結(jié),形成了β-Si3N4 固溶體。 該固溶體被稱為"Silicon Aluminum Oxynitride”, 取其字頭為“Sialon”, 譯名為“賽隆”。這種稱為“賽隆” 的陶瓷的化學(xué)式可表示為:Si6-xAlxN8-xOx。其中x為Al原子置換Si原子的數(shù)目。
除了Si-Al-O-N系統(tǒng)外,還有 Mg-Si-Al-O-N系統(tǒng)、Y-Si-Al-O-N系統(tǒng),以及鑭系金屬氧化物(如La2O3、Sm2O3、CeO2等)與Si3N4形成的系統(tǒng)等。
賽隆陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)與Si3N4一樣屬六方晶系。Al2O3滲入Si3N4中并不改變?cè)瓉?lái)的β-Si3N4 結(jié)構(gòu),但晶格常數(shù)及其他性能則隨 Al2O3滲入的多少而有變化。
(1) 配方設(shè)計(jì)
賽隆陶瓷應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品性能的要求進(jìn)行配方設(shè)計(jì)。 賽隆陶瓷是金屬氧化物和金屬氮化物一種寬范圍的固溶體材料,調(diào)整固溶體的組分比例,可獲得性能優(yōu)異的賽隆陶瓷材料。
(2) 成型
賽隆陶瓷的成型可采用擠壓、模壓、澆注或等靜壓成型法。
(3) 燒成
賽隆陶瓷通常采用無(wú)壓燒結(jié)或熱壓燒結(jié),在1600~1800℃的惰性氣氛中燒結(jié),可獲得接近理論密度的賽隆陶瓷燒結(jié)體。
常壓燒結(jié)賽隆陶瓷的制造工藝是將 Si3N4 粉與適量的 Al203 粉及 AIN 粉共同混合,成型之后在1700℃的氮?dú)鈿夥罩袩Y(jié),形成Si6-xAlxN8-xOx型主晶相。式中的x表示在β-Si3N4晶胞中Si原子被AI原子置換的數(shù)目,范圍是0~4.2。固溶體的性質(zhì)隨其組成和處理溫度而異。
對(duì)于性能要求特別高的賽隆陶瓷材料,應(yīng)采用熱壓法制備。
(1) 性能
由于賽隆陶瓷有可能減少或消除熔點(diǎn)不高的玻璃態(tài)晶界,而以具有優(yōu)良性能的固溶體形態(tài)存在,因此它具有諸多的優(yōu)良性能,如常溫和高溫強(qiáng)度很大、常溫和高溫化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異、耐磨性很高、熱膨脹系數(shù)低、抗熱沖擊性好、抗氧化性強(qiáng)、密度不大等。
(2) 用途
賽隆陶瓷具有許多優(yōu)異性能,它在軍事工業(yè)、航空航天工業(yè)、機(jī)械工業(yè)和電子工業(yè)等方面,具有廣泛的應(yīng)用前景。
賽隆陶瓷已在機(jī)械工業(yè)上用做軸承、密封件、焊接叁筒和定位銷。普通定位銷的壽命為7000次,而賽隆定位銷可達(dá)500萬(wàn)次。賽隆密封件的性能優(yōu)于其他材料。
它已用作連鑄用的分流環(huán),熱電偶保護(hù)套管,晶體生長(zhǎng)器具,坩堝,高爐下部?jī)?nèi)襯,銅,鋁合金管拉拔芯棒以及滾軋、擠壓和壓鑄用模具材料。
它還具有良好的高溫機(jī)械性能,制作成汽車內(nèi)燃機(jī)挺桿,運(yùn)行60000km, 僅磨損0.75μm.
賽隆陶瓷還可制作透明陶瓷,如高壓鈉燈燈管、高溫紅外測(cè)溫儀窗口。此外,它還可以用作生物陶瓷,制作人工關(guān)節(jié)等。