氮化物陶瓷是氮與金屬或非金屬元素造成的陶瓷，是一類重要的結構與功能材料，具有良好的力學、化學、電學、熱學及高溫物理性能，在冶金、航空、化工、陶瓷、電子、機械及半導體等行業具有廣泛的套用。氮化矽、Sialon、氮化硼、氮化鋁、氮化鎵、氮化鈦及過渡金屬氮化物是研究與套用的熱點。
基本介紹
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氮化矽陶瓷
氮化矽是鍵能高而穩定的共價鍵晶體。其特點是硬度高而摩擦因數低，且有自潤滑作用，所以是優良的耐磨減摩材料；氮化矽的耐熱溫度比氧化鋁低，而抗氧化溫度高於碳化物和硼化物；在1200℃以下時具有較高的機械性能和化學穩定性，並且熱膨脹係數小、抗熱衝擊，所以可做優良的高溫結構材料。另外，氮化矽陶瓷能耐各種無機酸(氫氟酸除外)和鹼溶液浸蝕，是優良的耐腐蝕材料。需要特別指出的是：氮化矽的製造方法不同，得到陶瓷的晶格類型也不同，因而套用領域也各不一樣。用反應燒結法得到的α-Si3N4主要用於製造各種泵的耐蝕、耐磨密封環等零件；而用熱壓燒結法得到的β-Si3N4，主要用於製造高溫軸承、轉子葉片、靜葉片以及加工難切削材料的刀具等。生產中，在Si3N4中加一定量Al2O3燒製成陶瓷可製造柴油機的汽缸、活塞和燃氣輪機的轉動葉輪，表現出了較好的效果。
氮化矽陶瓷的套用
由於氮化矽陶瓷具有高強度高硬度耐磨損耐高溫、耐腐蝕熱膨脹係數小、抗熱衝擊性好等優良性能，所以在冶金、機械、能源、汽車等許多領城有著廣泛的套用前景。
(1)用做機械零件。氮化矽陶瓷是高檔的軸承材料，與傳統的鋼軸承球相比，其壽命長、耐腐蝕性介質、耐高溫、自潤滑性好,甚至可在無潤滑劑情況下工作，主要用於高速工具機主軸、計算機硬碟驅動器、高速汽輪機軸承等，其疲勞壽命可達106~107循環次數。由於Si3N4陶瓷的強度和斷裂韌性較高，可以用來製作發動機的零件，如氣門轉子等；也可製作高溫燃氣輪機的動葉片、定葉片等,以便允許提高燃氣輪機的禍輪人口溫度。根據介紹，有的國家研製的300kW陶瓷高溫燃氣輪機，燃氣人口溫度為1350℃，熱效率達到42.1%，其中許多部件為Si3N4陶瓷材料。
(2)用做切削刀具。熱壓Si3N4陶瓷作為金屬切削刀具，具有非常高的耐磨性熱硬性和抗衝擊性。與硬質合金刀具相比，耐用度提高5~15倍，切削速度提高3~10倍，特別適合於灰鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的加工。
氮化硼陶瓷
氮化硼具有石墨類型的六方晶體結構。因而也叫“白色石墨”。其特點是：硬度較低，可與石墨一樣進行各種切削加工，導熱和抗熱性能高，耐熱性好。有自潤滑性能，高溫下耐腐蝕、絕緣性好。所以，該種材料主要用於高溫耐磨材料和電絕緣材料、耐火潤滑劑等。在高壓和1360℃時，六方氮化硼會轉化為立方β-BN，其密度為3.45X 103kg/m2，硬度提高到接近金剛石的硬度，而且在1925℃以下不會氧化，所以可用作金剛石的代用品，用於耐磨切削刀具、高溫模具和磨料等。陶瓷材料不僅可以做結構材料，而且可以做性能優異的功能材料。
氮化鋁的套用
(1)耐火材料。氮化鋁不僅可以耐高溫、耐腐蝕、耐合金和鋁、鐵等金屬的熔蝕，而且還與銀、銅、鋁、鉛等不潤濕，可以用來製作耐火材料或坩堝的塗層作為表面防護材料.還可以製成澆鑄模具和坩堝等結構材料。
(2)複合材料。納米氮化鋁作為結構材料的彌散相,增強基體材料的熱導率、剛性及強度等。例如氮化鋁可以用來提高某些金屬(如鋁)的剛性和強度，在工藝溫度下不與金屬反應，能夠更好地控制基體與填料之間的界面。氮化鋁還可以用來提高高分子聚合物的熱導率和剛性,使其熱膨張降低。將納米氮化鋁添加到粗顆粒的氮化鋁中，可以有效改善氮化鋁陶瓷的緻密度和耐熱疲勞性能，將熱處理後的納米氮化鋁加入到剛玉一尖晶石澆注料中,可以提高澆注料的抗侵蝕性能。
(3)電子基板材料。氮化鋁陶瓷廣泛套用于軍事領域中的多晶片模組、微波功率放大器以及民用領域的雷射二極體載體、LED散熱基板和高溫半導體封裝，氮化鋁基片還廣泛套用於電動及燃氣混合型汽車大功率模組電路用氮化鋁陶瓷承載基片。使用氮化鋁作為LED的封裝材料具有以下優點：(1)耐熱性及導熱性好，可以增加材料的使用壽命；(2)可製作較薄的封裝材料。
(4)透明陶瓷。透明氮化鋁陶瓷主要用於電子光學器件，用來製造光和電磁波的高溫視窗、耐熱塗層及裝甲材料。以CaF2作為燒結助劑，採用無壓燒結在1800℃~1850℃的溫度下燒結12h，以及採用熱壓燒結在1700℃~1800℃的燒結溫度下燒結4~10h可以製備出透明氮化鋁陶瓷。
