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SiAlON的结构与性质

发布日期: 2020-03-25 09:48:55    阅读量(117)    作者:

β-SiAlON的化学式为Si6-zAlzOzN8-z(z=0-4.2),β-Si3N4的中的Si原子和N原子被Al和O原子部分置换性地固溶,晶格中的z个Si-N键被z个Al-O键-14-取代,便形成β-SiAlON,z值代表Al和O原子向β-Si3N4的固溶程度。因此β-SiAlON晶体结构β-Si3N4类似,为六方晶系,其空间群为P63/m(176),物理性质也与β-Si3N4相近。β-SiAlON晶体呈典型的六方柱状,比β-Si3N4晶粒粗大。由于固溶前后不同原子在原子半径上的差异,原子Al半径比Si原子半径大,Al四面体的共价半径(1.26×10-10m)大于Si四面体的共价半径(1.17×10-10m),因此β-SiAlON的晶胞参数相对于β-Si3N4增大。β-赛隆共价性强,在各种赛隆中具有较高的室温断裂性,具有降低的线膨胀系数,较高的强度和初性,比β-Si3N4具有更加优异的抗热震性,抗氧化性明显优于氮化硅。当其z值为3时,抗压强度可达到3500MPa。

α-SiAlON是以α-Si3N4为基的Si、Al、O、N以及金属Me的固溶体,属于六方晶系。α-Si3N4的c轴方向晶格兼具大约是β-Si3N4的两倍,因此容易固溶进金属离子。α-SiAlON的化学通式为MexSi12-(m+n)Alm+n 0nN16-n,其中x小于2,金属离子Me包括Li、Na、Mg、Ca、Y以及除La、Ce以外的稀土元素,M个Si-N间被m个Al-N键取代,n个Si-N键被n个Al-O键取代,导致电价不平衡,由金属离子补偿。由于金属离子可固溶进入α-SiAlON,可起到净化晶界的作用,因此α-SiAlON具有很高的硬度和耐磨性。α-SiAlON的优势在于可根据需要选择强度和硬度,可用于制备机械零件、磨具、切削工具以及形状复杂的发动机部件。由于α-SiAlON晶粒多为等轴状晶粒,其强度和韧性比β-赛隆低。

O'-SiAlON是Si2N20与Al2O3的固溶体,与Si2N2O有相似的晶体结构,属于正交晶系。O’-SiAlON的化学通式为Si2-xAlxOx+1N2-x,其中x在0-0.4变化。O’-SiAlON结构中含氧较多,且在氧化后形成连续的氧化保护层,是一种抗氧化性能最好的赛隆,在1200-1300℃具有优异的抗氧化能力。

SiAlON多型体是指Si-Al-O-N四元系中具有纤维锌矿AlN结构的多型体。SiAlON多型体的化学通式为MemXm+1,其中Me代表Si/Al金属原子,X代表O/N非金属原子。按照Ramsdell符号命名规则,当m为偶数时,后缀为H,当m为奇数时,其后缀为R。因此,SiAlON多型体的命名分别为8H(SiAl3O2N3),15R(SiAl4O2N4)、12H(SiAl5O2N5),21R(SiAl6O2N6),27R(SiAl8O2N8)和2Hδ(Si2.4Al8.6O0.6N11.4);其中以H命名的SiAlON多型体每个晶胞中含有两个结构基块,每个基块中含有n/2层Al(Si)-N(O)层,以R命名的SiAlON多型体每4个晶胞中含有3个结构基块,每个基块中含有3/2层Al(Si)-N(O)层,δ表示在Mx2层发生了错排。SiAlON多型体具有优异的高温强度,在高温领域具有很好的应用前景。

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