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新一代无机非金属材料—赛伦

   材料同情息工程、能源工程和生物工程并列为当代新技术革命的支柱。近三四十年,在传统硅酸盐陶瓷的基础上,出现了新一代无机非金属材料,叫氧氮化硅铝或硅铝氧氮,即赛伦(Sialon)

   赛伦的化学通式为Si6-xAlxOxN8-x。在1700℃,x的极限值为4.2,在1400℃时,极限值为2.0,赛伦可以采用常压烧结或热压工艺制备,在氮化硅中添加氧化铝,用氧原子取代一部分氮,用铝原子取代一部分硅,生成均匀的固溶体并保持电中性。赛伦中(Si,Al)(O,N)4四面体结构单元构成,其构成方式和(Si,Al)O4四面体构成硅酸盐的方式类似。

   赛伦以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能为主要特征,因此在冶金、机械、汽车、光学、医学等领域有重要应用。

   赛伦具有高硬度、韧性、热稳定性和低的热膨胀系数(好的抗热冲击性),以及对有色金属无粘合现象等特点,是新型的刀具材料。这种材料制作的刀具没有冷却液也可工作,比起硬质合金来具有切削速度高、寿命长等特点,被广泛用作钻头、丝锥和滚刀,用于加工铸铁、淬火钢、镍基高温合金和钛合金等。例如,赛伦刀具以1525米/分进行高速切削,刀具寿命为硬质合金刀具的1012倍,金属切除率高于硬质合金刀具的18倍。

   利用赛伦耐磨、耐腐蚀,以及摩擦系数小,具有自润滑性(摩擦表面微量分解形成薄的气膜)的特性,可用做各种机械上的耐磨部件。如轴承,其工作温度可达1200℃,比普通合金轴承的工作温度提高2.5倍,而工作速度是普通轴承的10倍, 还可免除润滑系统,大大减少对铬、镍、锰等原料的依赖。又如用于制作水泵、砂浆泵、带腐蚀性的化工泵及有粉尘的风机中的耐磨、耐腐蚀部件和密封件,其性能 优越于其他材料。特别当赛伦-赛伦对磨时,可在很高速度和压力下运转,再例如,焊接定位梢在工作时要承受很大的热应力和机械应力。其他材料的定位梢寿命为 七千次,而赛伦做的定位梢寿命达五百万次。此外,赛伦还用做钢的水平连注机上的分流环、晶体生长器具、坩埚、高炉炉下部内衬、铜铝合金管拉拔芯棒、压铸模 具等。

   赛伦具有耐高温、高强度性能,而且比一般金属材料轻得多,所以可以用它代替金属制造发动机部件。例如,用赛伦制的汽车内燃机挺杆,运行六万千米,只磨损0.76微米。利用

赛伦很好的电绝缘性和耐急冷急热性,可以用来做电热塞,用它进行汽车点火,使发动机起动时间从原来的67秒缩短到12秒,还可以不用担心寒冷天气汽车启动的困难。1991年我国的陶瓷发动机汽车从上海到北京试开了一个来回,试用情况表明,这种发动机不必水冷却并能大量节约汽油。

   赛伦可制成透明陶瓷,用作大功率高压钠灯的灯管,它在高温下与钠蒸气不发生作用,又能把95%以上的可见光传送出来。这种灯是目前世界上发光效率最高的灯。在相同功率下,一只高压钠灯要比两只水银灯或十只普通白炽灯发出的光还要亮,寿命比普通白炽灯高20倍,可使用两万小时以上,是目前寿命最长的灯。

   赛伦可用于人体硬组织的修复,使其功能得以恢复。与其他材料相比,赛伦和骨组织的化学组成比较接近,生物相容性好,在体内的化学稳定性、生物力学相容性和 组织亲和性等也较好。在临床医学上,用来修复人体的那些失去或多病的部位。便如,髋骨、膝关节、指关节、牙根、脊椎骨联合等。

(责任编辑:化学自习室)
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