Sialons的性质和应用 - 一个综合指南

Sialons被制成为更具成本效益的热压氮化硅替代品。它们具有复杂的化学性，应该被认为是具有广泛性质的合金家族。当氮化硅（Si3N4），氧化铝（Al 2 O 3）和氮化铝（ALN）反应时形成Sialons。该材料结亚博网站下载合形成各种化学组合物。

图像积分：shutterstock.com/domagoj Bulilovic

如果烧结助剂，例如氧化钇或氧化镁，则通过无压烧结可以通过无压烧结形成完全致密的多晶体。这种创新技术允许以经济高效的方式生产近净复杂的部件。在唾液陶瓷中形成的两个最常见的结晶阶段是β-sialon和αsialon，在两相的组合可以掺入单一的单片陶瓷中，用组合物开发以适合特定应用。

关键属性

SiAlONs可以显示以下属性:

• 低密度
• 高强度
• 卓越的热冲击抵抗力
• 优异的耐磨性
• 骨折韧性
• 机械疲劳和抗蠕变性
• 抗氧化性能

与热压氮化硅相比，通过无压烧结产生的锡亚顿材料的非常高耐温性质受到在烧结过程中形成在晶界的玻璃相的玻璃相的限制。亚博网站下载这些材料仅适亚博网站下载用于温度<1200℃的长期使用。表1中概述了典型性质。

表格1。锡亚顿的典型物理和力学性能（Syalon 101）

财产
密度（G.cm.-3）	3.25
年轻的模量（GPA）	288
弯曲强度（MPa）	945.
断裂韧性K.1C(MPa.m0.5）	7.7
硬度，（GPA）	15．0
热膨胀系数（x 10-6/°C）	3.04
导热系数(W /该调查)	28.
最高工作温度(℃)	1200.
威布尔模数	11.

β-SiAlON是建立在β-Si3N4原子排列上的。在这种材料中，一些Si被Al取代，相应的N被o取代。随后，在β-Si3N4中多达三分之二的硅可以被Al取代而不会引起结构变化。化学置换包括将硅氮键交换为铝氧键。两种情况下键长基本相同，但Al-O键强度明显高于Si-N。在SiAlONs中，Al的配合度是AlO4，而不是氧化铝(Al2O3)中的AlO6。因此，β-SiAlON的结合强度比Al2O3强50%。因此，SiAlONs本质上表现出比氮化硅和Al2O3都更好的性能。β-SiAlON晶粒呈长针状，并在微观结构中随机定位。这在玻璃相基体中形成了强晶粒的连锁结构，这也是β-SiAlON陶瓷具有高弯曲强度和韧性的原因。

β-SiAlon是由国际肥塞在商品名101下使用和销售的国际核糖生产。在超过1400℃的温度下烧结期间，氧化物反应与烧结添加剂形成氮化物液，这是必要的致密化。然后该粘性液体在冷却时形成晶间玻璃。Syalon 101是一种完全致密的陶瓷，其特征在于强度和韧性。

图1。Syalon 101（β-SiAlon）微观结构（照片礼貌国际Syalons Newcastle Ltd）

作为固溶体，β-唾液的蒸气压低于Si3N4的蒸气压，因此唾液酸在较低温度下含有烧结添加剂的液体。因此，Sialon使用正常烧结技术更容易致密化。此外，唾液的较低蒸气压降低了高温下的分解，使得Sialon比Si3N4更热稳定。

这些β-SiAlons在诸如有色金属熔融金属处理之类的应用中特别有用。在此过程中，与熔融金属接触时的热抗冲击性和化学稳定性对于Sialons作为热电偶保护护套和加热器和提升管中的组件至关重要。

α-锡亚顿

Si3N4的唾液子的第二阶段是α-Sialon。α-Si3N4中的堆叠结构从β-Si3N4变化，因为通过β结构的长“通道”周期性地被阻挡。这导致一系列间隙孔。在α-SiAlOns中，四面体结构中的Si由Al代替，通过O通过O.通过O.满足价值，占用间隙孔的阳离子被修改。以这种方式，可以将诸如钇（Y），钙（Ca），锂（Li）和钕（Nd）掺入结构中的元素的阳离子。与β-SiAlon的针状晶粒形态相比，α-唾液颗粒小且等轴，这导致本质上硬质材料。高硬度可以归因于晶粒结构和高粘合能量密度。

国际Syalons能够生产一种SiAlON，它包含β-SiAlON和α-SiAlON谷物，商品名为Syalon 050。在Syalon 050的烧结和后续热处理过程中，晶间相被合并到组织中，产生致密、坚硬的陶瓷，几乎没有晶界相。这使得材料的性能保持在1400°C。这在磨损机制中非常重要;例如，切削刀头的热硬度要求在1000°C以上。

图2。Syalon 050（α/β-SiAlon）微观结构（照片礼貌国际Syalons Newcastle Ltd）。

该材料的另外的重要优点是抗氧化性。在该陶瓷中没有晶界相导致限制氧化所需的氧化所需的漫射物种在较高温度下发生。简单地，有限的液相可以帮助运输，从而提高抗氧化性。这些Sialons还表现出对磨料磨损的显着抵抗力，并且被用作喷嘴喷嘴，特别是对于高度侵蚀的灰质。此外，没有晶界阶段的缺失使得它们具有涉及高温的应用的吸引力，例如燃气轮机。

Composites Sialons.

由于它们具有优异的烧结性，它们可以制成复合陶瓷，特别是与其他氮化物陶瓷制成。因此，国际肥塞队制定了许多综合等级的Sialons。

第一,Syalon 501.，基于β-Sialon的导电等级，可以将电气放电加工成复杂的形状。它展示了Syalon 101的许多突出性质，并发现了挤出模具和压制模具中的利基。

Syalon 110是一种复合材料，也基于Syalon 101，其证明了通过钢的抗攻击性和出色的热抗震性的改善性。它已发现应用作为钢的水平连续铸造的断裂环。

应用程序

与其他氮化硅基陶瓷一样，Sialons目前用于利基市场应用。例如：

工业穿应用

金属成型工具

Sialons也通常用于金属丝拉伸和管成型工具，用于诸如铜和铝合金的有色金属。通常，材料的硬度，低摩擦系数，缺乏粘附或反应产生了阳性结果。

图3。Syalon 101焊接辊（照片提供国际Syalons Newcastle Ltd）。

磨损部件利用材料的低导热系数，电绝缘和耐磨性和耐热冲击。典型的磨损应用是用于定位和转移金属部件在过程中的固定装置，例如感应加热或电阻焊接（参见图1）。例如，Syalon 101通常用于在汽车部件的电阻焊接期间生产位置销。在这种情况下，Syalon 101引脚持续一年，而传统的硬化钢销亚叶套筒持续8小时。

Syalon 101和Syalon 050以优异的机械强度和硬度为特征，使其成为许多极端工业磨损应用的理想候选者。

射击喷嘴

抛丸是一种清洁或制备表面的方法。它涉及在待处理表面的高速度下爆破磨料，例如砂，氧化铝或冷铸铁。

传统上，内衬是由碳化钨制成的。然而，在许多爆破作业中遇到的低冲击角度，碳化钨喷嘴过度磨损，这是由于用于将碳化钨颗粒粘结在一起的相对柔软和韧性的钴的侵蚀。

Syalon 050具有高硬度，断裂韧性和杨氏模量，导致耐磨性优异。这使其成为喷射衬垫的理想材料。

图4。Syalon 050拍摄喷嘴（照片提供国际Syalons Newcastle Ltd）。

Syalon 050中的标准3/8“喷嘴，使用冷铸铁砂砾和在100psi下操作，在1000多小时的情况下进行超过1000小时，没有明显的磨损。

铣削媒体

国际Syalons生产一系列用于制备工业和分析样品的研磨介质。

在试验中，Syalon 101碗和培养基的减肥约为玛瑙，氧化铝，氧化锆和碳化钨的重量损失的14％。因此，样品的污染显着降低，以及延伸介质寿命。另外，通常改善铣削Syalon 101的铣削效率，导致铣削时间降低。

纸脱水衬托

在纸张制造过程中，该过程的一部分涉及从纤维/水纸浆中除去水。为此，纸浆铺设在织物垫上，在一系列抽吸箱上传播。当织物覆盖它们时，这些盒子涂抹一个真空，该真空将水从纸浆中汲取。

抽吸盒由一系列箔组成，可长时间长。这些箔可以由高密度聚乙烯（HDPE）或陶瓷材料形成。陶瓷通常用于高速应用。箔是钻石地生产镜面，这对于纸张的饰面质量至关重要。

最初，氧化铝是选择的陶瓷。然而，随着机器速度的增加，达到100km / min，因此出现了对耐磨性的更大抗性。在此，可以应用Syalon 101。其优异的耐磨性，以及热抗震性，使其成为现代高速应用的理想选择。

熔融金属处理应用

领先的制造商国际肥塞为熔融金属处理生产三个主要的唾液组件，这些组件被广泛用于铝业：

• 热电偶保护护套：先进的陶瓷管，能够精确且可靠地监测铝代工厂的温度，选择Syalon材料，在高达1200°C的温度下展示出色的物理性质，1400°C亚博网站下载
• 立管和加热器管：高强度Sialon陶瓷圆柱形加热器用于加热铝加工中的熔体。这些可以根据需要构建到一系列指定尺寸
• 水平传感器:用于将熔融金属(包括铝)挤压压铸成锭或最终适合用途的形状的传感器。SiAlON液位传感器的温度范围可达800°C，确保准确监测加压腔内的铝液

唾液组分的耐久性及其在铝生产中反复使用的能力在回收过程中有乐于乐器。铝显示出优异的耐腐蚀性，允许技术上无限的回收性能。再循环铝通常熔化成锭，符合普通的铝耐火过程。然后将锭料配混成铸造合金，并使用挤出模具装置成形为广泛的潜在目的。

图5。Syalon 101热电偶护套用于铝生产后的横截面，显示零孔隙或熔融金属进入陶瓷(照片由国际Syalons纽卡斯尔有限公司提供)。

此信息已被采购，审核和调整由国际肥塞提供的材料。亚博网站下载

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