高温结构陶瓷

互联网2013-11-14

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汽车发动机一般用铸铁铸造，耐热性能有一定限度。由于需要用冷却水冷却，热能散失严重，热效率只有 30 ％左右。如果用高温结构陶瓷制造陶瓷发动机，发动机的工作温度能稳定在 1300 ℃左右，由于燃料充分燃烧而又不需要水冷系统，使热效率大幅度提高。用陶瓷材料做发动机，还可减轻汽车的质量，这对航天航空事业更具吸引力，用高温陶瓷取代高温合金来制造飞机上的涡轮发动机其效果会更好。

陶瓷发动机的材料选用氮化硅，它的机械强度高、硬度高、热膨胀系数低、导热性好、化学稳定性高，是很好的高温陶瓷材料。氮化硅可用多种方法合成，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在 1300 ℃反应后获得

也可用化学气相沉积法，使 SiCl _{4} 和 N _{2} 在 H _{2} 气氛保护下反应，产物 Si _{3} N _{4} 沉积在石墨基体上，形成一层致密的 Si _{3} N _{4} 层。此法得到的氮化硅纯度较高，其反应如下：

3SiCl _{4} 2N _{2} 6H _{2} → Si _{3} N _{4} 12HCl

高温结构陶瓷除了氮化硅外，还有碳化硅 (SiC) 、二氧化锆 (ZrO _{2} ) 、氧化铝等。