适用于高温条件下的轻量化陶瓷材料

当高温稳定性对重量轻，耐腐蚀性以及耐磨性有要求的时候，氮化硅可以作为迄今使用的钢制构件的替代品。 氮化硅，一种符号为Si3N4的高性能陶瓷，属于非氧化物陶瓷组，显著特点是其所具备的特殊的工艺性能。作为一种相对新的材料，在上世纪后半叶其在工业领域的应用才成熟起来。当时是想为涡轮机和内燃发动机内应用于高机械及热力负载环境下的特定元件寻找一种可以替代金属材料的替代品，以便提高运行温度，从而提高效率。由于对加工工艺的要求很高，以及从粉状原料的生产到成型，直至烧结所需的高投入，目前为止这种材料主要应用在专门的领域。 特性及应用 氮化硅的密度比较低，从3.2到3.3 g/cm3，而且2.7 g/cm3的重量约和轻金属铝一样轻，抗弯强度可以达到1000MPa。Si3N4的特点是耐磨性高，相比大部分金属，高温特性更好，而且耐高温和抗蠕变。另外，材料的热膨胀系数低，因此具有良好的抗热震性（抗热冲击性）以及高断裂韧性(7MPa m1/2)。在冲击及振动的情况下，不推荐使用Si3N4材质的工件。采用陶瓷材料的构件可承受温度约为1300°C，可以长期耐腐蚀以及强酸强碱等化学物质，以及某些熔融的金属，例如铝。 即使是在突发应力、高运行温度、腐蚀性介质环境下，以及磨损载荷持续作用时等要求元件具有高机械稳定性情况下，由于氮化硅所具备的特性，氮化硅是适用于上述环境的一种理想化的元件材质。氮化硅的应用实例如内燃发动机构件，引擎/驱动装置构件，以及其它能源如化工设备构件，所有类型的高强度密封圈及轴承，腐蚀性介质用泵叶轮，连续性的产品（如金属线，脱纱及纤维），以及硬质材料剪切及切削工具。值得注意的是，在这种情况下，整个流程无需冷却剂，而且可以在高速下进行实施。其它应用实例如用于成型及铸造技术的工具，其使用寿命也比钢制构件长。