認識一下非氧化物陶瓷的有關特性

233　 2025-11-22 07:39:52

非氧化陶瓷

非氧化物陶瓷，是由金屬的碳化物、氮化物、硫化物、硅化物和硼化物等制造的陶瓷總稱。隨著科學技術不斷地發展，要求材料具有的特性非常多。非氧化物陶瓷材料近幾十年取得了很大的發展，極大地推動了現代高新科技的進步，在人類社會進步的歷程中有著巨大的促進作用，對經濟和國防建設做出了不可磨滅的貢獻。

特點

①原料在自然界存在少，需要人工合成原料。

②原料合成和陶瓷燒結時，易產生氧化物，必須在保護氣氛（Ar、N2）下進行。

③非氧化物一般是鍵能很強的共價鍵，因此難熔或難燒結。

與氧化物陶瓷不同的是，非氧化物陶瓷原子間主要是以共價鍵結合在一起，因此具有較高的硬度、模量、蠕變抗力，并且能將這些性能很大程度上維持到高溫狀態，這是氧化物陶瓷無法比擬的。劣勢在于非氧化物陶瓷的燒結普遍困難，必須在極高溫度（1500~2500℃）且具有燒結助劑的情況下才能獲得高密度產品，有時還必須借助熱壓燒結法才能達到期望密度（>95%）,這就導致非氧化物陶瓷的是生產成本普遍比氧化物陶瓷高。

表1.列舉一些非氧化物陶瓷的特性及用途

其中有些陶瓷材料，如Si3N4、SiC等有可能在高效率的發動機和燃氣輪機中獲得應用，更引起科學工作者的濃厚興趣，因為這與精細的工業國家亟待解決的能源問題密切相關。但作為新型材料，這些非氧化物陶瓷也是具有特殊魅力的材料。

在非氧化物中，碳化物、氮化物作為結構材料而引人注目，是因為這些材料的原子鍵類型大多是共價鍵，所以在高溫下抗變形能力強。

非氧化物不同于氧化物，在自然界很少存在，需要人工來合成原料，然后再按陶瓷工藝做成制品。在原料合成過程中，必須避免與氧氣接觸，否則將會首先生產氧化物，而不是按預期生成氮化物或碳化物。這從熱力學的標準生成自由焓ΔG0生來分析，可以清楚看出：ΔG0生負值愈大。元素對O2的親和力越大，則該化合物越穩定。碳化物、氮化物和硫化物的標準生產自由焓一般都大于相應氧化物ΔG0生，說明生成的氧化物更為穩定。所以這些非氧化物原料的合成及其燒結時都必須在保護性氣體（N2,惰性氣體）中進行，以免生成氧化物，影響材料的高溫性能。