概述
新一代無機非金屬材料—賽倫材料同情息工程、能源工程和生物工程並列為當代新技術革命的支柱。近三四十年,在傳統矽酸鹽陶瓷的基礎上,出現了新一代無機非金屬材料,叫氧氮化矽鋁或矽鋁氧氮,即賽倫(Sialon)。
賽倫的化學通式為Si6-xAlxOxN8-x。在1700 ℃,x的極限值為4.2,在1400℃時,極限值為2.0,賽倫可以採用常壓燒結或熱壓工藝製備,在氮化矽中添加氧化鋁,用氧原子取代一部分氮,用鋁原子取代一部分矽,生成均勻的固溶體並保持電中性。賽倫中(Si,Al)(O,N)4四面體結構單元構成,其構成方式和(Si,Al)O4四面體構成矽酸鹽的方式類似。
特點
賽倫以耐高溫、高強度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕等性能為主要特徵,因此在冶金、機械、汽車、光學、醫學等領域有重要套用。
賽倫具有高硬度、韌性、熱穩定性和低的熱膨脹係數(好的抗熱衝擊性),以及對有色金屬無粘合現象等特點,是新型的刀具材料。這種材料製作的刀具沒有冷卻液也可工作,比起硬質合金來具有切削速度高、壽命長等特點,被廣泛用作鑽頭、絲錐和滾刀,用於加工鑄鐵、淬火鋼、鎳基高溫合金和鈦合金等。例如,賽倫刀具以1525米/分進行高速切削,刀具壽命為硬質合金刀具的10~12倍,金屬切除率高於硬質合金刀具的18倍。
利用賽倫耐磨、耐腐蝕,以及摩擦係數小,具有自潤滑性(摩擦表面微量分解形成薄的氣膜)的特性,可用做各種機械上的耐磨部件。如軸承,其工作溫度可達1200 ℃,比普通合金軸承的工作溫度提高2.5倍,而工作速度是普通軸承的10倍,還可免除潤滑系統,大大減少對鉻、鎳、錳等原料的依賴。又如用於製作水泵、砂漿泵、帶腐蝕性的化工泵及有粉塵的風機中的耐磨、耐腐蝕部件和密封件,其性能優越於其他材料。特別當賽倫-賽倫對磨時,可在很高速度和壓力下運轉,再例如,焊接定位梢在工作時要承受很大的熱應力和機械應力。其他材料的定位梢壽命為七千次,而賽倫做的定位梢壽命達五百萬次。此外,賽倫還用做鋼的水平連注機上的分流環、晶體生長器具、坩堝、高爐爐下部內襯、銅鋁合金管拉拔芯棒、壓鑄模具等。
賽倫具有耐高溫、高強度性能,而且比一般金屬材料輕得多,所以可以用它代替金屬製造發動機部件。例如,用賽倫制的汽車內燃機挺桿,運行六萬千米,只磨損0.76微米。利用
賽倫很好的電絕緣性和耐急冷急熱性,可以用來做電熱塞,用它進行汽車點火,使發動機起動時間從原來的6~7秒縮短到1~2秒,還可以不用擔心寒冷天氣汽車啟動的困難。1991年我國的陶瓷發動機汽車從上海到北京試開了一個來回,試用情況表明,這種發動機不必水冷卻並能大量節約汽油。
賽倫可製成透明陶瓷,用作大功率高壓鈉燈的燈管,它在高溫下與鈉蒸氣不發生作用,又能把95%以上的可見光傳送出來。這種燈是目前世界上發光效率最高的燈。在相同功率下,一隻高壓鈉燈要比兩隻水銀燈或十隻普通白熾燈發出的光還要亮,壽命比普通白熾燈高20倍,可使用兩萬小時以上,是目前壽命最長的燈。
賽倫可用於人體硬組織的修復,使其功能得以恢復。與其他材料相比,賽倫和骨組織的化學組成比較接近,生物相容性好,在體內的化學穩定性、生物力學相容性和組織親和性等也較好。在臨床醫學上,用來修復人體的那些失去或多病的部位。便如,髖骨、膝關節、指關節、牙根、脊椎骨聯合等。