Si3N4，是一種強共價鍵化合物，基本結構單元為［SiN4］四面體，硅原子位于四面體的中心，四個氮原子分別位于四面體的四個頂點，然后以每三個四面體共用一個原子的形式，在三維空間形成連續(xù)而又堅固的網(wǎng)絡結構。作為原子晶體的氮化硅，鍵能很高，并且在空氣中能形成氧化物保護膜，所以它具有良好的化學穩(wěn)定性，以及驚人的耐高溫和高強度、高硬度性能。

氮化硅陶瓷的應用

1.?氮化硅陶瓷軸承及軸承球

• 工業(yè)技術的飛速發(fā)展對軸承的性能提出了更高的要求，軸承結構小型化、尺寸精密化、速度高速化、溫度高溫化等等，此外對于高真空、防腐蝕等苛刻條件的滿足也日益緊迫，常用的鋼質材料軸承已無法滿足實際需要。

• 氮化硅陶瓷軸承球如下圖所示，具有密度低、耐磨、耐高溫、耐腐蝕、絕緣、絕磁及自潤滑性能好等優(yōu)點，具有更好的滾動特性，特別適合于制造陶瓷球混合軸承的滾動體。密度低，降低了作用在外溝道上的離心力，從而延長了軸承的壽命; 高耐磨性，使其表面粗糙度優(yōu)于鋼球，產(chǎn)生的振動、摩擦力和噪聲降低，滾動接觸疲勞壽命明顯提高。

• 基于以上優(yōu)點，氮化硅陶瓷軸承球廣泛應用于高速電機主軸、精密機床、化工泵、電子產(chǎn)品、電加工設備及冶金等領域。氮化硅陶瓷球軸承有兩種：一種是滾珠(球)為陶瓷材料，內(nèi)外圈仍為軸承鋼制造，稱為混合式球軸承; 另一種是滾珠和內(nèi)外圈都為陶瓷材料，稱為全陶瓷球軸承。

2.?氮化硅渦輪轉子

• 渦輪增壓，是一種利用內(nèi)燃機運作所產(chǎn)生的廢氣驅動空氣壓縮機的技術。它的主要作用就是提高發(fā)動機進氣量，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩。一臺發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其最大功率可以增加?40%?甚至更高。但金屬渦輪增壓器有一個主要缺點即加速度響應性不夠?？朔@一渦輪滯后問題的一個有效措施就是減小渦輪增壓器轉子的慣性矩，這可以通過采用陶瓷材料的渦輪增壓器來達到。

• 渦輪增壓器的關鍵零件是渦輪轉子，它由轉子葉片、渦輪盤、渦輪軸等零件組成，如下圖所示。它的主要功能是將燃氣的動能與熱能轉換為旋轉的機械功，帶動壓氣機等其他部件。高速運轉的轉子，轉速可高達每分鐘幾萬甚至十幾萬轉。轉子的高轉速和高排氣溫度，要求被選用的材料必須在高溫下具有高強度，室溫下具有高的斷裂韌性、抗沖擊性和低的熱膨脹系數(shù)。

• 渦輪增壓器不但能提高發(fā)動機功率，而且對降低燃油消耗、降低噪聲、減少尾氣中的有害成分和保護環(huán)境具有重要的意義。

3.?鋁冶金中的氮化硅陶瓷部件

• 隨著科技的進步，冶金企業(yè)日益向大型化、連續(xù)化、自動化、無污染、低消耗等方向發(fā)展。因而冶金企業(yè)必須采用新技術、新設備、新材料。在諸多的材料中，氮化硅及氮化硅復合而成的賽隆(Sialon) 陶瓷材料不斷被世界各國冶金企業(yè)所采用，在冶金工業(yè)中的應用領域也日益廣泛。氮化硅陶瓷抗鋁液腐蝕的特性及其優(yōu)異的熱性能使其在制鋁行業(yè)中大有作為。

總之，氮化硅陶瓷的應用給冶金業(yè)帶來了勃勃生機：首先，提高了使用壽命，這基于氮化硅材料抗冰晶石等的侵蝕能力較強，抗氧化性能也較好; 其次，增加了產(chǎn)量，材料機械強度較高，減小襯里厚度，增大槽內(nèi)工作容積，電極能量相應增大; 最后，降低了單位電耗，較高的電導率，較小了相應電損失。