德國電子同步加速器研究中心（DESY）的科學(xué)家研制出繼金剛石之后，世界上第二個(gè)硬度最大的透明陶瓷材料——立方氮化硅（c-Si3N4）。c-Si3N4也是繼金剛石和立方氮化硼之后，世界上第三個(gè)硬度最高的陶瓷材料，但氮化硼不具備透明性質(zhì)，且金剛石所能承受的最高溫度為750℃，而德國研制的c-Si3N4透明陶瓷材料能承受的最高溫度達(dá)1400℃，展現(xiàn)出優(yōu)異的耐高溫性能，不僅如此，由于Si元素和N元素的化學(xué)鍵非常堅(jiān)固， c-Si3N4化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，具有較好的環(huán)境穩(wěn)定性。因此未來可用于處于極端環(huán)境的部件結(jié)構(gòu)中，如發(fā)動(dòng)機(jī)，球軸承部件和切削工具等。

    在大氣壓條件下，氮化硅晶體結(jié)構(gòu)是六方結(jié)構(gòu)，經(jīng)過燒結(jié)之后是不透明的。而在13萬多倍大氣壓的條件下，氮化硅的六方結(jié)構(gòu)則轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎綄ΨQ結(jié)構(gòu)，也稱為“尖晶石結(jié)構(gòu)”，與鎂鋁尖晶石（MgAl2O4）透明陶瓷具有相同結(jié)構(gòu)。

    DESY的科學(xué)家們在大容量壓縮設(shè)備（LVP）中對六方氮化硅施加高溫高壓后，在壓強(qiáng)15.6Gpa（15.6萬倍大氣壓）和1800℃條件下制備出直徑2毫米的c-Si3N4透明陶瓷圓片，是氮化硅陶瓷首個(gè)透明樣品。

    c-Si3N4材料的XRD晶體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，制備的c-Si3N4材料完全轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较唷ESY的科學(xué)家表示，氮化硅材料的六方結(jié)構(gòu)向立方結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變與碳材料的轉(zhuǎn)變類似，碳材料在常溫常壓下為六方結(jié)構(gòu)，施加高溫高壓后轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鞯慕饎偸矠榱⒎浇Y(jié)構(gòu)。

    氮化硅的透明度與其內(nèi)部的晶界有關(guān)，晶界中的空隙將降低其透明度。但日本東京大學(xué)的專家稱，對于經(jīng)過高壓形成的材料來說，其晶界一般都非常薄，一些空位如氧空位也不會(huì)聚集在晶界周圍，而是分布在整個(gè)材料范圍內(nèi)，所以對其透明度的影響不大。

    c-Si3N4材料是目前最硬、強(qiáng)度最高的透明尖晶石陶瓷材料，將對未來超硬、高強(qiáng)度、耐高溫結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要作用。雖然其原材料易于獲取，成本較低，但生產(chǎn)大面積的c-Si3N4材料需要施加更大的壓力，因此制備直徑1至5毫米的c-Si3N4材料相對容易，制備直徑超過1厘米的c-Si3N4材料將面臨較大挑戰(zhàn)。（中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院  特日格樂）

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：劉洋

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414