将六方氮化硼(h-BN)添加到Si3N4中制备的SNB复合材料既具有Si3N4材料的高强度,也具备h-BN良好的抗热震性及机械加工性能。但是SNB复合材料由于强度和抗热震性不够好,有时会断裂或开裂,尤其是应用在反复快速加热或快速接触高温金属熔体的恶劣工作环境下。因此,日本品川精细陶瓷公司的研究人员通过添加烧结助剂开发出氮化硅/氮化硼高级复合材料SSNB,性能见表1。与SNB复合材料相比,复合材料SSNB中柱状β-Si3N4生成量更多,可提高强度,而均匀分散的片状h-BN使裂纹扩展复杂化,提高了材料的断裂能,从而提高了材料的抗热冲击性能。试验结果显示,SSNB的强度提高幅度达35%,抗热震性提高幅度达15%。h-BN含量达30%后(SSNB3和SSNB4试样),可随意进行机械加工。复合材料SSNB可用来制备气体雾化喷嘴、薄带连铸水口、金属铝浇铸包等等。
表1 SSNB复合材料的性能
编号 |
SSNB1 |
SSNB2 |
SSNB3 |
SSNB4 |
BN含量(w)/% |
10 |
20 |
30 |
40 |
体积密度/(g·cm-3) |
2.8 |
2.5 |
1.9 |
1.7 |
抗折强度/MPa |
340 |
280 |
145 |
90 |
热膨胀系数/10-6℃-1 |
3.2 |
2.8 |
2.3 |
2.2 |
导热系数/(W·m-1·K-1) |
46 |
38 |
34 |
30 |
热震温差(ΔT)/℃ |
750 |
850 |
950 |
1000 |