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Sialon陶瓷 一Sialon陶瓷概述 Sialon是Si、Al、O、N四种元素的合成词，音译为“塞隆”。Sialon（塞隆）陶瓷，是由硅（Si）、铝（Al）、氧（O）、氮（N）组成的化合物,它是Si3N4中的Si和N被Al或（Al+M）（M为金属离子）以及O置换所形成的一大类固溶体的总称。 1972 年赛隆( SiAlON) 首先由英国的Jack、Wilson和日本的小山阳一几乎同时发现。他们在对氮化硅陶瓷各种添加剂的研究中最早发现了金属氧化物在金属氮化物中的固溶体,即在SiO2-Al2O3系统中发现了Si3N4的固溶体,进而有效地促进了烧结，从而发现了这种新的无机非金属材料——Sialon(赛隆)。Sialon陶瓷的主要类别有β’-Sialon、α’-Sialon、O’-Sialon三种，尤以前两种最为常见。 除此以外，由于铝和氧的固溶状态不同，Sialon还有x型和AIN多型体等晶体类型。 二 Sialon陶瓷结构 S i3N4-A l2O3-A lN -S iO2系统相图 Sialon的晶体构型与Si3N4相类似。理想的Si3N4结构是三个[SiN4]四面体共角形成空间骨架,具有两种晶型:α型和β型。在Si-Al-O-N四元系统中,由于阳离子M (Si4+、Al3+)与阴离子X(N、O)的比例不同,形成的固溶体也不同,由相应相图可知,在该Si-Al-O-N四元系中存在β’ -Sialon、 α’ -Sialon、O’ -Sialon、X-Sialon和AlN多型体(8H、12H、15R、21R、27R等)。 α’-Sialon是以α-Si3N4为基的固溶体，它是在α-Si3N4的结构中Si-N键被数量不等的Al-N键和Al-O键所取代，而由此导致的电价不平衡，则由金属阳离子M的填隙来补偿，M可以是Li、Mg、Ca以及一些稀土元素等金属离子。α’-Sialon的分子式为：MxSil2-(m+n)Alm+nOmN16-n，式中0≤m≤12，0≤n≤16，m=Kx，x≤2，K表示填隙金属原子的化合价。 β’-Sialon 的通式一般写为Si6-ZAlZOZN8-Z，其中0Z≤4.2。其晶粒通常为长柱状，因而其陶瓷体的韧性强度较好。在扫描电子显微镜下观察到的侧 β’-Sialon 是典型的六方柱状晶体 ，它 比β-Si3N4晶体粗大，呈柱状，而β- Si3N4呈纤维状。 O’-Sialon是Si2N2O与Al2O3的固溶体,具有与Si2N2O相同的结构,其晶胞为Si(N3O)四面体。O’-Sialon属于正交晶系。O’-Sialon与β’-Sialon构成机理相同,也是Si、N分别被Al、O所取代,其分子式为Si2-xAlxO1+xN2-x(0x≤0.3)。 X-Sialon是一种具有单斜、三斜或斜方结构组织的莫来石状结晶相,晶格参数变化很大,化学计量式为Si4Al6O11N4。 当Sialon组成位于β’和AlN之间的区域时,有六种不同的相,分别表示为:8H、15R、12H、21R、27R和2H,统称为Sialon多型体。它们具有纤锌矿型的AlN结构,故也称为AlN多型体。 三 主要物理、化学性质 Sialon陶瓷种类众多，主要类别有β’-Sialon、α’-Sialon、O’-Sialon三种。 1.β’-Sialon陶瓷性质 β′-Sialon具有与β-Si3N4相类似的结构(M/X=3∶4),它的物理性质和机械性质与Si3N4陶瓷非常相似。可以说凡是Si3N4陶瓷具备的优点,β′-Sialon陶瓷也同样具备。β′-Sialon的热膨胀率低于β-Si3N4,因而β′-Sialon的抗热震性优于β-Si3N4。 β’- Sialon的性质与分子式（Si6-zAlzOzN8-z）中Z值有关，其密度、硬度、弹性模量、抗弯强度、热膨胀系数均随着Z值的增大而降低，这是由于随着Z值的增大，晶胞尺寸增大，使其键强减弱和结构疏松；而断裂韧性KIC却表现为Z值低(1O％AI置换)时高，Z值高(65％AI置换)时亦高，当Z=3(50％AI置换)时最低。 β′-Sialon含有大量的Al203，所以化学性质与Si3N4相比差异较大，较接近于Al203 。β′-Sialon的抗氧化性明显地优于Si3N4,与SiC相接近。β′-Sialon与熔融金属的相容性也非常好,不易被侵蚀。 2. O’-Sialon陶瓷性质 O′-Sialon与其它的固溶体不同,它属于氮氧化合物,因此它的性质与其它氮化物固溶体也有很大差异。无添加剂的O′-Sialon陶瓷在1300-1600℃具有很好的抗氧化性。 O′-Sialon的强度比较差,主要是由于Si2N2O与富SiO2的玻璃相键合得非常强致使玻璃相与晶体间产生明显的晶界，经过热处理后的O′-Sialon其韧