认识一下非氧化物陶瓷的有关特性

非氧化陶瓷

非氧化物陶瓷，是由金属的碳化物、氮化物、硫化物、硅化物和硼化物等制造的陶瓷总称。随着科学技术不断地发展，要求材料具有的特性非常多。非氧化物陶瓷材料近几十年取得了很大的发展，极大地推动了现代高新科技的进步，在人类社会进步的历程中有着巨大的促进作用，对经济和国防建设做出了不可磨灭的贡献。

特点

①原料在自然界存在少，需要人工合成原料。

②原料合成和陶瓷烧结时，易产生氧化物，必须在保护气氛（Ar、N2）下进行。

③非氧化物一般是键能很强的共价键，因此难熔或难烧结。

与氧化物陶瓷不同的是，非氧化物陶瓷原子间主要是以共价键结合在一起，因此具有较高的硬度、模量、蠕变抗力，并且能将这些性能很大程度上维持到高温状态，这是氧化物陶瓷无法比拟的。劣势在于非氧化物陶瓷的烧结普遍困难，必须在极高温度（1500~2500℃）且具有烧结助剂的情况下才能获得高密度产品，有时还必须借助热压烧结法才能达到期望密度（>95%）,这就导致非氧化物陶瓷的是生产成本普遍比氧化物陶瓷高。

图1.氮化硅陶瓷球轴承

图2.电炉用绝缘高纯氮化硼陶瓷

图3.氮化铝陶瓷垫片

图4.碳化钛金属陶瓷腕表

图5.碳化硼陶瓷球

图6.碳化硅陶瓷

图7.二硅化钼电热元件

表1.列举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发动机和燃气轮机中获得应用，更引起科学工作者的浓厚兴趣，因为这与精细的工业国家亟待解决的能源问题密切相关。但作为新型材料，这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、氮化物作为结构材料而引人注目，是因为这些材料的原子键类型大多是共价键，所以在高温下抗变形能力强。

非氧化物不同于氧化物，在自然界很少存在，需要人工来合成原料，然后再按陶瓷工艺做成制品。在原料合成过程中，必须避免与氧气接触，否则将会首先生产氧化物，而不是按预期生成氮化物或碳化物。这从热力学的标准生成自由焓ΔG来分析，可以清楚看出：ΔG负值愈大。元素对O2的亲和力越大，则该化合物越稳定。碳化物、氮化物和硫化物的标准生产自由焓一般都大于相应氧化物ΔG，说明生成的氧化物更为稳定。所以这些非氧化物原料的合成及其烧结时都必须在保护性气体（N2,惰性气体）中进行，以免生成氧化物，影响材料的高温性能。