與大多數(shù)金屬，聚合物和復(fù)合材料相比，特種陶瓷具有更出色的高溫?zé)釞C(jī)械性能，比如說氮化硅，就被譽(yù)為是“綜合性能最好的結(jié)構(gòu)陶瓷”。不過即將已經(jīng)本身足夠強(qiáng)的氮化硅陶瓷，材料學(xué)家依舊有本事將它再玩出花樣，比如說賽隆陶瓷Sialon就是這樣一個(gè)例子。

賽隆陶瓷

賽隆陶瓷Sialon是指一類以硅（Si）為基底合成鋁（Al）、氧（O）、氮（N）的陶瓷材料，是由Al₂O₃中的Al原子和O原子部分置換Si₃N₄中的Si原子和N原子形成。根據(jù)賽隆陶瓷的制備工藝特點(diǎn)，我們也可以簡單得將“賽隆陶瓷”理解為氮化硅的陶瓷化合物，它比氮化硅相比更容易燒結(jié)，并且有較好的抗氧化性。

賽隆陶瓷的分類

Sialon有α、β、Ｏ三個(gè)相，尤其以前兩種最為常見。若沒特別說明，一般指的Sialon會(huì)是β相。

其中，β-Sialon的結(jié)構(gòu)與β-Si₃N₄相似，只是部分的Si與N原子位置分別被Al與O替代，化學(xué)通式為Si_(6-Z)Al_(Z)O_(Z)N_(8-Z)，其中Z值在0~4.2之間，Z越大代表抗氧化能力越強(qiáng)，而熱傳導(dǎo)越差。

α-Sialon的結(jié)構(gòu)與α-Si₃N₄相似，一樣是部分的Si與N原子位置分別被Al與O替代，但是會(huì)有金屬陽離子在其中作電價(jià)荷補(bǔ)償，化學(xué)通式為M_(x)(SiAl)₁₂(ON)₁₆，其中M為金屬陽離子（Li/Ca/Mg….)，而X值在0~2之間。

Ｏ-Sialon的結(jié)構(gòu)與氮氧化硅相似，一樣是部分的Si與N原子位置分別被Al與O替代，Ｏ-Sialon是所有的Sialon中含氧量最高的，因此抗氧化性較α-Sialon與β-Sialon來得好。

以下是β-Sialon和α-Sialon的性能對(duì)比圖及電鏡對(duì)比圖。

電鏡下某牌號(hào)塞隆陶瓷的α-sialon及β-sialon

賽隆陶瓷的性能優(yōu)勢(shì)

前面也提了，Sialon是氮化硅與氧化物的固溶體，因此它在性能上綜合了Si₃N₄優(yōu)異的物理、力學(xué)性能和Al₂O₃優(yōu)異的化學(xué)性能，從而具有諸多優(yōu)良性能——如高硬度、熱膨脹系數(shù)低、粘性強(qiáng)不易產(chǎn)生裂紋的高韌性以及優(yōu)異的耐熱性、耐磨耗性、抗氧化性就是Sialo的一大特征。它與其他常見的特種陶瓷材料相比，差異主要表現(xiàn)在：

①強(qiáng)度：雖然賽隆陶瓷的室溫強(qiáng)度低于硬質(zhì)合金，但明顯高于氧化鋁陶瓷。甚至某些賽隆陶瓷強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的升高而提高，直至1400℃，因此賽隆陶瓷還具有“超強(qiáng)度材料”之稱；

②硬度：賽隆陶瓷的室溫硬度并不是很高，但其隨著溫度的上升，硬度的保持性明顯優(yōu)于硬質(zhì)合金及其他陶瓷，一般高于400℃時(shí)硬度就能遠(yuǎn)高于其他二者，而且能保持到1000℃以上；

③耐磨性：賽隆陶瓷在高溫下具有良好的硬度保持性，而材料的耐磨性主要取決于其硬度，因此它不僅在室溫下環(huán)境下耐磨，高溫下也同樣有著出色的耐磨性；

④抗蠕變性：賽隆陶瓷在這一塊具有極好的表現(xiàn)，特別是高溫下使用產(chǎn)品時(shí)瞬時(shí)蠕變產(chǎn)生的變形對(duì)構(gòu)件和工具極為有害，而賽隆的玻璃相通過熱處理轉(zhuǎn)化為結(jié)晶時(shí)抗蠕變性可以保持到1400℃；

⑤抗熱沖擊性：賽隆陶瓷與其他材料最為顯著的差別之一就在熱膨脹系數(shù)上，這一特性配合以高的斷裂韌性使其具有優(yōu)良的耐熱沖擊性。

賽隆陶瓷的應(yīng)用及發(fā)展

賽隆陶瓷作為一種性能優(yōu)異的新型高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，在軍事工業(yè)、航空航天工業(yè)、機(jī)械工業(yè)和電子工業(yè)等方面都有廣闊的應(yīng)用前景，主要有以下幾方面。

1.機(jī)械工業(yè)

Sialon陶瓷具有機(jī)械特性高，耐磨耗性優(yōu)異等性能，賽隆陶瓷已在機(jī)械工業(yè)上用于制造軸承、密封件、焊接套筒和定位銷及磨損件等，不僅能夠經(jīng)受住成千上萬次的循環(huán)而不磨損，而且還能承受大量沖擊，使用壽命與普通材料相比大大增長，在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)減少停工時(shí)間、提高產(chǎn)量具有重要意義。

右：賽隆陶瓷焊接定位銷

2.冶金工業(yè)

Sialon陶瓷具有突出的不濕潤行為和耐熔鋁腐蝕的特性，在空氣中的最高工作溫度為1200℃，抗熱震性為900℃，即使在最苛刻的鋁加工環(huán)境中也很穩(wěn)定。因此被廣泛用于有色金屬熔融金屬處理，特別是鋁及其合金，包括鋁壓鑄金屬進(jìn)料管，燃燒器和浸入式加熱管，有色金屬噴射器，熱電偶保護(hù)管，坩堝和鋼包。

鋁鑄造廠使用的熱電偶保護(hù)套

3.切削刀具

Sialon陶瓷除了繼承了氮化硅的韌性外，還具有優(yōu)異的耐熱性，在高溫下有高的機(jī)械強(qiáng)度，耐熱沖擊性和耐磨性，其熱硬性優(yōu)于WC-Co硬質(zhì)合金和氧化鋁，刀尖溫度大于1000℃時(shí)仍可進(jìn)行高速切削，因此在非常難切削的高溫合金的高速加工中表現(xiàn)極為卓越。由于切削加工發(fā)生在被加工材料已經(jīng)發(fā)生軟化的高溫下，刀具壽命更長（相對(duì)于硬質(zhì)合金刀具，材料總切除量可提高3倍）。

4.其他

塞隆陶瓷還可制作透明陶瓷（高壓鈉燈燈管、高溫紅外測(cè)溫儀窗口），以及用作生物陶瓷、制作人工關(guān)節(jié)等。

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