六方氮化硼 | SiO2系复相陶瓷

作者:氮硼科技 2024-01-18

SiO2晶体中,Si原子的4个价电子与4个O原子结合形成4个共价键,Si位于正四面体的中心。非晶态的SiO2材料密度低、热膨胀系数小,具有良好的抗热冲击性、优良的介电性能,且在高温熔化后的熔融态黏度极大,很难被气流冲刷流失,这使其成为一种在诸个领域均被广泛应用的高温结构材料。此外,由于SiO2较其他大多数种类的结构陶瓷的熔点要低,因此也常被用来作为陶瓷材料的烧结助剂。

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不同含量BN-SiO2复相陶瓷的致密度可达93%~99%,其随着h-BN含量的增加而降低。复相陶瓷的力学性能随着h-BN含量的增加呈现先升高再降低的趋势。同时复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性明显高于纯SiO2和h-BN陶瓷,表明二者复合后起到了显著的协同强韧化效果。

在复相陶瓷显微组织结构中,SiO2形成了连续的相,这是由于其在热压烧结过程中发生了黏性流动,填充到材料的空隙中,可以起到促进材料致密化的作用,而h-BN则保持原来的层片状结构形态,弥散分布在复相陶瓷中。 

六方氮化硼h-BN具有较低的热膨胀系数、适宜的弹性模量以及耐高温特性,因此其具有良好的抗热震性。BN-SiO2材料热震后残余抗弯强度会升高主要是以下几方面原因:

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1、高温保温阶段,试样表面的h-BN会发生氧化生成B2O3的氧化物薄膜,其熔点为445℃且润湿角较小,使其在高温条件下具有一定的流动性,能够在试样表面铺展开来,在一定程度上弥合了试样表面的微裂纹等缺陷;

2、基体中的SiO2会在升温的过程中逐渐发生局部软化也可在一定程度上降低基体的脆性。上述多种因素的综合作用,导致BN-SiO2,复相陶瓷经空气中高温热震后抗弯强度不降反升,在高温环境下使用具有良好的可靠性和稳定性;

3、h-BN和SiO2两者均具有较低的热膨胀系数,使得其热匹配性较好,在急速降温过程中不会在材料内部产生较大的残余应力,同样有助于提高材料抵抗热冲击的性能。

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