氮化硅陶瓷属于无机非金属材料吗
氮化硅产品性质
1.组成和结构
氮化硅分子式为Si3N4,属于共价键结合的化合物，氮化硅陶瓷属多晶材料，晶体结构属六方晶系，一般分为α、β两种晶向，均由[SiN4]4- 四面体构成，其中β- Si3N4对称性较高，摩尔体积较小，在温度上是热力学稳定相，而α- Si3N4在动力学上较容易生成，高温（1400℃～1800℃）时，α相会发生相变，成为β型，这种相变是不可逆的，故α相有利于烧结。
2.外观
不同晶相得氮化硅外观是不同的，α- Si3N4呈白色或灰白色疏松羊毛状或针状体，β- Si3N4则颜色较深，呈致密的颗粒状多面体或短棱柱体，氮化硅晶须是透明或半透明的，氮化硅陶瓷的外观呈灰色、蓝灰到灰黑色，因密度、相比例的不同而异，也有因添加剂呈其他色泽。氮化硅陶瓷表面经抛光后，有金属光泽。
3.密度和比重
氮化硅的理论密度为3100±10kg/m3，实际测得α- Si3N4的真比重为3184 kg/m3，β- Si3N4的真比重为3187 kg/m3。氮化硅陶瓷的体积密度因工艺而变化较大，一般为理论密度的80%以上，大约在2200～3200 kg/m3之间，气孔率的高低是密度不同的主要原因，反应烧结氮化硅的气孔率一般在20%左右，密度是2200～2600 kg/m3，而热压氮化硅气孔率在5%以下，密度达3000～3200 kg/m3，与用途相近的其他材料比较，不仅密度低于所有高温合金，而且在高温结构陶瓷中也是密度较低的一种。
4.电绝缘性
氮化硅陶瓷可做高温绝缘材料，其性能指标的优劣主要取决于合成方式与纯度，材料内未被氮化的游离硅，在制备中带入的碱金属、碱土金属、铁、钛、镍等杂志，均可恶化氮化硅陶瓷的电性能。一般氮化硅陶瓷在室温下、在干燥介质中的比电阻为1015～1016欧姆，介电常数是9.4～9.5，在高温下，氮化硅陶瓷仍保持较高的比电阻值，随着工艺条件的提高，氮化硅可以进入常用电介质行列。
5.热学性质
烧结氮化硅 ,其热膨胀系数较低 ,为 2. 53×10- 6/℃,导热率为 18.42 W/ m ·K ,因此它具有优良的抗热震性能 ,仅次于石英和微晶玻璃 ,有实验报告说明密度为2500 kg/m3的反应烧结氮化硅试样由1200 ℃冷却至20℃热循环上千次，仍然不破裂，氮化硅陶瓷的热稳定性好，可在高温中长期使用。在氧化气氛中可使用到1400℃，在中性或还原气氛中一直可使用到1850℃。
6.机械性质
氮化硅具有较高的机械强度，一般热压制品的抗折强度500～700MPa ,高的可达1000～1200MPa反应烧结后的抗折强度200MPa ,高的可300～400MPa。虽然反应烧结制品的室温强度不高, 但在1200～1350℃的高温下 ,其强度仍不下降。氮化硅的高温蠕变小,例如,反应烧结的氮化硅在1200℃时荷重为24MPa,1000h后其形变为0.5 %。
7.摩擦系数与自润滑性
氮化硅陶瓷摩擦系数较小，在高温高速的条件下，摩擦系数提高幅度也较小，因此能保证机构的正常运行，这是它一个突出的优点，氮化硅陶瓷开始对磨时滑动摩擦系数达到1.0至1.5，经精密磨合后，摩擦系数就大大下降，保持在0.5以下，所以氮化硅陶瓷被认为是具有自润滑性的材料。这种自润滑性产生的主要原因，不同于石墨，氮化硼，滑石等在于材料组织的鳞片层状结构。它是在压力作用下，摩擦表面微量分解形成薄薄得气膜，从而使摩擦面之间的滑动阻力减少，摩擦面得光洁度增加。这样越摩擦，阻力越小，磨损量也特别小，而大多数材料在不断摩擦后，因表面磨损或温度升高软化，摩擦系数往往逐渐增大。
8.可机械加工性
氮化硅陶瓷可以通过机械加工的方式来达到所要求的形状和精度，表面光洁度。
9.化学稳定性
氮化硅具有优良的化学性能 ,能耐除氢氟酸以外的所有无机酸和25%以下的氢氧化钠溶液腐蚀。它耐氧化的温度可达1400℃,在还原气氛中最高可使用到1870℃,对金属（特别是AL液）尤其对非金属不润湿。
氮化硅陶瓷材料性能整理，供参考。
1、耐热，在常压下，Si3N4没有熔点，于1870℃左右直接分解，可耐氧化到1400℃，实际使用达1200℃(超过1200℃力学强度会下降)。
2、热膨胀系数小（2.8-3.2）×10-6/℃，导热系数高，抗热震，从室温到1000℃热冲击不会开裂。
3、摩擦系数小（0.1），有自润滑性，（加油的金属表面摩擦系数0.1-0.2）。
4、化学性质稳定，耐腐蚀，除氢氟酸外不与其他其他无机酸反应，800℃干燥气氛下不与氧发生反应，超过800℃，开始在在表面生成氧化硅膜，随着温度升高氧化硅膜逐渐变稳定，1000℃左右可与氧生成致密氧化硅膜。可保持至1400℃基本稳定。
5、氮化硅硬度高，耐磨损，莫氏硬度仅次于金刚石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅，抗机械冲击。
6、氮化硅是共价键化合物，很难致密，有时需外加助剂，密度约为3.4（不同成型方法致密度不一样，热压成型致密度较高，钢的密度约为7.85，钛合金的密度约为4.5左右，单位均为g/cm3）。
7、脆性大，可采用氮化硅纤维增韧，使其高温强度稳定。
资料来源：瑞目特氮化硅陶瓷
Si3N4 陶瓷是一种共价键化合物，基本结构单元为[ SiN4 ]四面体，硅原子位于四面体的中心，在其周围有四个氮原子，分别位于四面体的四个顶点，然后以每三个四面体共用一个原子的形式，在三维空间形成连续而又坚固的网络结构。氮化硅的很多性能都归结于此结构。纯Si3N4为3119，有α和β两种晶体结构，均为六角晶形，其分解温度在空气中为1800℃，在011MPa氮中为1850℃。Si3N4 热膨胀系数低、导热率高，故其耐热冲击性极佳。热压烧结的氮化硅加热到l000℃后投入冷水中也不会破裂。在不太高的温度下，Si3N4 具有较高的强度和抗冲击性，但在1200℃以上会随使用时间的增长而出现破损，使其强度降低，在1450℃以上更易出现疲劳损坏，所以Si3N4 的使用温度一般不超过1300℃。由于Si3N4 的理论密度低，比钢和工程超耐热合金钢轻得多，所以，在那些要求材料具有高强度、低密度、耐高温等性质的地方用Si3N4 陶瓷去代替合金钢是再合适不过了。
此外，与其他陶瓷材料相比，Si 3 N 4 陶瓷材料具有明显优势，尤其是在高温条件下氮化硅陶瓷材料表现出的耐高温性能、对金属的化学惰性、超高的硬度和断裂韧性等力学性能。Si 3 N 4 陶瓷的抗弯强度、断裂韧性都可达到AlN的2倍以上， 特别是在材料可靠性上，Si 3 N 4 陶瓷基板具有其他材料无法比拟的优势。
而氮化铝AlN，是兼具良好的导热性和良好的电绝缘性能少数材料之一，氮化铝具备以下优点：
（1）氮化铝的导热率较高，室温时理论导热率最高可达320W/(m·K)，是氧化铝陶瓷的8～10倍，实际生产的热导率也可高达200W/(m·K)，有利于LED中热量散发，提高LED性能；
（2）氮化铝线膨胀系数较小，理论值为4.6×10 -6 /K，与LED常用材料Si、GaAs的热膨胀系数相近，变化规律也与Si的热膨胀系数的规律相似。另外，氮化铝与GaN晶格相匹配。热匹配与晶格匹配有利于在大功率LED制备过程中芯片与基板的良好结合，这是高性能大功率LED的保障。
（3）氮化铝陶瓷的能隙宽度为6.2eV，绝缘性好，应用于大功率LED时不需要绝缘处理，简化了工艺。
（4）氮化铝为纤锌矿结构，以很强的共价键结合，所以具有高硬度和高强度，机械性能较好。另外，氮化铝具有较好的化学稳定性和耐高温性能，在空气氛围中温度达1000℃下可以保持稳定性，在真空中温度高达1400℃时稳定性较好，有利于在高温中烧结，且耐腐蚀性能满足后续工艺要求。
部分陶瓷的热膨胀系数（1／K）×10^（—6）
1，氧化铝瓷（Al₂O₃含量 96％）
25～300℃ 为6.7
25～700℃ 为7.7
2，氧化铝瓷（Al₂O₃含量 99.5％）
25～300℃ 为6.8
25～700℃ 为8.0
3，普通电瓷（SiO₂·Al₂O₃）
25～300℃ 为9.0
25～700℃ 为9.0
4，莫来石瓷（2SiO₂·3Al₂O₃）
25～300℃ 为4.0
25～700℃ 为4.0
5，氧化镁瓷（MgO）
25～300℃ 为10.0
25～700℃ 为13.0
分为某一温度点的线膨胀系数和某一温度区间的线膨胀系数，后者称为平均线膨胀系数。前者是单位长度的材料每升高一度的伸长量；平均线膨胀系数是单位长度的材料在某一温度区间，每升高一度温度的平均伸长量。
扩展资料：
由于物质的不同，线膨胀系数亦不相同，其数值也与实际温度和确定长度1时所选定的参考温度有关，但由于固体的线膨胀系数变化不大，通常可以忽略，而将a当作与温度无关的常数。
线膨胀系数随温度变化的规律类似于热容的变化。a值在很低温度时很小，随温度升高而很快增加，在德拜特征温度以上时趋向于常数。
线膨胀系数的绝对值与晶体结构和键强度密切相关。键强度高的材料具有低的线膨胀系数。相对金属材料，耐火材料的键强大，线膨胀系数小。
连续固相中的封闭小气孔几乎不影响a值。多相多晶和复合材料的线膨胀系数是可以根据物相组成进行计算的。所有计算公式都以各相之间在内应力作用下不产生微裂纹为前提，所以实际上是一种近似的估算，多微裂纹的耐火材料，a的实测值和计算值的偏差可以用作衡量显微结构中缺陷数量的一种尺度。
参考资料来源：百度百科--热膨胀系数
参考资料来源：百度百科--膨胀系数
