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为什么要做出可以导电的氮化硅陶瓷

2021-08-18 来源:海口农业机械网

为什么要做出可以导电的氮化硅陶瓷?

随着新技术革命的发展,许多新材料逐渐向高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨和耐高温的方向发展,虽然应用优势明显,但同时也带来了加工难的问题。

比如说氮化硅陶瓷,它是一种用硅粉作原料,经球磨、氮化后,再掺以少量的助烧结剂热压烧结成型的特种陶瓷材料,具有高的硬度、强度,良好的断裂韧性、抗高温氧化性和抗热震性,因此在在冶金、航空航天、化工等领域颇受青睐,可用作转子、活塞杆、滚珠轴承、电子件保护膜、密封件等。

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氮化硅陶瓷刀具

有句话叫人无完人,氮化硅陶瓷也是如此,虽然性能方面它似乎已经很完美了,但是“难加工”依旧是它很难回避的一个难题中国机械网okmao.com。目前市面上主要采用金刚石对氮化硅陶瓷材料进行加工,不仅加工效率和精度低、成本高,而且难以加工复杂的微型化零部件。

如此一来,寻找一种更为合适的加工方式对于氮化硅陶瓷的发展确实具有重要的意义。比如说近年来就有一种很被看好的新型加工方式——“放电加工”。这是一种利用电能转换成工件热能,使工件急速融熔的一种热性加工方法,其加工过程可无视材料的强度、硬度、脆性等力学性能,因此是导电难加工材料的理想工艺选择。

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放电加工原理示意图

然而,作为一种共价键结合的化合物,氮化物陶瓷本身的导电性是比较差的。虽然在大多数时候,这样的“缺点”是无伤大雅的,不过在放电加工的场合,差劲的导电性能却足以让它say byebye.

因此为了提高氮化硅材料的导电性,科学家提出可通过在氮化硅基体中添加导电粒子,制备出导电氮化硅复合陶瓷材料。如此一来便可以进行放电加工,从而提高了氮化硅材料的加工性能。

备注:在放电加工时,液体在电极与工件极细微的间隙中,产生过渡电弧放电现象,进而对工件产生热作用,同时在加工中,液体由于受到放电压力及热作用产生气化爆发现象,此时工件融熔的部份,将随液体气化现象熔入加工液体中,工件因放电的作用产生放电痕,这个动作反覆进行,即可得到需要的规格及形状。

增强氮化硅陶瓷导电性的方式

针对氮化硅基陶瓷导电性差,难以加工的特点,目前主要通过添加合适的导电材料来降低其电阻率,使之可用于放电加工,解决加工困难的问题。但需要注意的是,在此基础上还需要根据现有的复合陶瓷材料设计原则,增韧补强机理、烧结机理,选择合适的添加相、烧结助剂和烧结工艺,才能制备出高性能导电氮化硅复合陶瓷材料。

根据张晶伟的研究,TiC颗粒、TiC晶须和TiN颗粒都可提高材料的力学性能和导电性,但TiN颗粒在提高材料力学性能和导电性方面所起作用有限。而TiC颗粒和TiC晶须在提高材料力学性能和导电性方面所起作用明显,且在添加量为30vol%时,所制备的Si3N4-TiC(颗粒)和Si3N4-TiC(晶须)复合陶瓷刀具材料具有优良的力学性能和导电性。

虽然目前这方面的研究还存在许多不足,但在氮化硅陶瓷受到重视的当下,不可否认确实是一个有前景的方向。如果您有这方面的高见,也欢迎在评论区留言交流哦!

资料来源:

高性能导电氮化硅基陶瓷刀具材料研究,张晶伟。