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新一代無(wú)機(jī)非金屬材料——賽倫


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標(biāo)簽非金屬
中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近三四十年,在傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷的基礎(chǔ)上,出現(xiàn)了新一代無(wú)機(jī)非金屬材料,叫氧氮化硅鋁或硅鋁氧氮,即賽倫(Sialon)。新一代無(wú)機(jī)非金屬材料—賽倫,被稱為當(dāng)代新技術(shù)革命的支柱。

成分結(jié)構(gòu)

    賽倫的化學(xué)通式為Si6-xAlxOxN8-x。在1700 ℃,x的極限值為4.2,在1400℃時(shí),極限值為2.0,賽倫可以采用常壓燒結(jié)或熱壓工藝制備,在氮化硅中添加氧化鋁,用氧原子取代一部分氮,用鋁原子取代一部分硅,生成均勻的固溶體并保持電中性。賽倫中(Si,Al)(O,N)4四面體結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成,其構(gòu)成方式和(Si,Al)O4四面體構(gòu)成硅酸鹽的方式類似。

物理、化學(xué)性質(zhì)

    賽倫以耐高溫、高強(qiáng)度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕等性能為主要特征,因此在冶金、機(jī)械、汽車、光學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。

    賽倫具有高硬度、韌性、熱穩(wěn)定性和低的熱膨脹系數(shù)(好的抗熱沖擊性),以及對(duì)有色金屬無(wú)粘合現(xiàn)象等特點(diǎn),是新型的刀具材料。這種材料制作的刀具沒(méi)有冷卻液也可工作,比起硬質(zhì)合金來(lái)具有切削速度高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),被廣泛用作鉆頭、絲錐和滾刀,用于加工鑄鐵、淬火鋼、鎳基高溫合金和鈦合金等。例如,賽倫刀具以1525米/分進(jìn)行高速切削,刀具壽命為硬質(zhì)合金刀具的10~12倍,金屬切除率高于硬質(zhì)合金刀具的18倍。

主要用途

    利用賽倫耐磨、耐腐蝕,以及摩擦系數(shù)小,具有自潤(rùn)滑性(摩擦表面微量分解形成薄的氣膜)的特性,可用做各種機(jī)械上的耐磨部件。如軸承,其工作溫度可達(dá)1200 ℃,比普通合金軸承的工作溫度提高2.5倍,而工作速度是普通軸承的10倍,還可免除潤(rùn)滑系統(tǒng),大大減少對(duì)鉻、鎳、錳等原料的依賴。又如用于制作水、砂漿泵、帶腐蝕性的化工泵及有粉塵的風(fēng)機(jī)中的耐磨、耐腐蝕部件和密封件,其性能優(yōu)越于其他材料。特別當(dāng)賽倫-賽倫對(duì)磨時(shí),可在很高速度和壓力下運(yùn)轉(zhuǎn),再例如,焊接定位梢在工作時(shí)要承受很大的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。其他材料的定位梢壽命為七千次,而賽倫做的定位梢壽命達(dá)五百萬(wàn)次。此外,賽倫還用做鋼的水平連注機(jī)上的分流環(huán)、晶體生長(zhǎng)器具、坩堝、高爐爐下部?jī)?nèi)襯、銅鋁合金管拉拔芯棒、壓鑄模具等。

    賽倫具有耐高溫、高強(qiáng)度性能,而且比一般金屬材料輕得多,所以可以用它代替金屬制造發(fā)動(dòng)機(jī)部件。例如,用賽倫制的汽車內(nèi)燃機(jī)挺桿,運(yùn)行六萬(wàn)千米,只磨損0.76微米。利用賽倫很好的電絕緣性和耐急冷急熱性,可以用來(lái)做電熱塞,用它進(jìn)行汽車點(diǎn)火,使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間從原來(lái)的6~7秒縮短到1~2秒,還可以不用擔(dān)心寒冷天氣汽車啟動(dòng)的困難。1991年我國(guó)的陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)汽車從上海到北京試開了一個(gè)來(lái)回,試用情況表明,這種發(fā)動(dòng)機(jī)不必水冷卻并能大量節(jié)約汽油。

    賽倫可制成透明陶瓷,用作大功率高壓鈉燈的燈管,它在高溫下與鈉蒸氣不發(fā)生作用,又能把95%以上的可見(jiàn)光傳送出來(lái)。這種燈是目前世界上發(fā)光效率最高的燈。在相同功率下,一只高壓鈉燈要比兩只水銀燈或十只普通白熾燈發(fā)出的光還要亮,壽命比普通白熾燈高20倍,可使用兩萬(wàn)小時(shí)以上,是目前壽命最長(zhǎng)的燈。

    賽倫可用于人體硬組織的修復(fù),使其功能得以恢復(fù)。與其他材料相比,賽倫和骨組織的化學(xué)組成比較接近,生物相容性好,在體內(nèi)的化學(xué)穩(wěn)定性、生物力學(xué)相容性和組織親和性等也較好。在臨床醫(yī)學(xué)上,用來(lái)修復(fù)人體的那些失去或多病的部位。便如,髖骨、膝關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)、牙根、脊椎骨聯(lián)合等。
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