20世紀70年代初,學者在對Si3N4添加劑的研究中發現,在Si3N4-Al2O3系統,當添加多量的Al2O3時,便構成Si-Al-O-N系統,它是由Al2O3的AI、O原子部分地置換了Si3N4中的Si、N原子,而有效地促進了Si3N4的燒結,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” 的陶瓷的化學式可表示為:Si6-xAlxN8-xOx。其中x為Al原子置換Si原子的數目。
除了Si-Al-O-N系統外,還有 Mg-Si-Al-O-N系統、Y-Si-Al-O-N系統,以及鑭系金屬氧化物(如La2O3、Sm2O3、CeO2等)與Si3N4形成的系統等。
賽隆陶瓷的晶體結構與Si3N4一樣屬六方晶系。Al2O3滲入Si3N4中并不改變原來的β-Si3N4 結構,但晶格常數及其他性能則隨 Al2O3滲入的多少而有變化。
(1) 配方設計
賽隆陶瓷應根據產品性能的要求進行配方設計。 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,調整固溶體的組分比例,可獲得性能優異的賽隆陶瓷材料。
(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壓燒結或熱壓燒結,在1600~1800℃的惰性氣氛中燒結,可獲得接近理論密度的賽隆陶瓷燒結體。
常壓燒結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℃的氮氣氣氛中燒結,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原子置換的數目,范圍是0~4.2。固溶體的性質隨其組成和處理溫度而異。
對于性能要求特別高的賽隆陶瓷材料,應采用熱壓法制備。
(1) 性能
由于賽隆陶瓷有可能減少或消除熔點不高的玻璃態晶界,而以具有優良性能的固溶體形態存在,因此它具有諸多的優良性能,如常溫和高溫強度很大、常溫和高溫化學穩定性優異、耐磨性很高、熱膨脹系數低、抗熱沖擊性好、抗氧化性強、密度不大等。
(2) 用途
賽隆陶瓷具有許多優異性能,它在軍事工業、航空航天工業、機械工業和電子工業等方面,具有廣泛的應用前景。
賽隆陶瓷已在機械工業上用做軸承、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500萬次。賽隆密封件的性能優于其他材料。
它已用作連鑄用的分流環,熱電偶保護套管,晶體生長器具,坩堝,高爐下部內襯,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械性能,制作成汽車內燃機挺桿,運行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、高溫紅外測溫儀窗口。此外,它還可以用作生物陶瓷,制作人工關節等。