塞隆陶瓷：性能卓越的先进材料

塞隆（SiAlON）陶瓷是20世纪70年代发明的。研究发现，当Al₂O₃添加到Si₃N₄中作为烧结助剂时，二者可以形成固溶体，其中部分Si被Al置换，部分N被O置换。形成固溶体后的组成为S_i6-ZAl_ZO_ZN_8-Z（Z为取代N原子的O原子数）。由于晶体结构和化学键性质的相似性，SiAlON陶瓷具有和氮化硅陶瓷相似的力学性能。同时由于固溶体效应，SiAlON陶瓷和氧化铝陶瓷的化学性质也相近。同氮化硅陶瓷的烧结相类似，要得到致密的SiAlON陶瓷，也要加入Y₂O₃等烧结助剂。SiAlON陶瓷与Si₃N₄陶瓷相比，抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力和耐磨性能都提高了。表5-21所示为SiAlON陶瓷的典型组成及性能。

表5-21 塞隆（SiAlON）陶瓷的典型成分和性能

SiAlON陶瓷的抗弯强度达到1050～1450MPa左右，比氧化铝基陶瓷高。断裂韧度值也高于氧化铝基陶瓷，因此具有优良的抗冲击性能。从图5-10中可以看出，SiAlON陶瓷的抗冲击性能远胜于一般陶瓷，而和硬质合金接近。

SiAlON陶瓷的硬度在常温下不如氧化铝陶瓷，但在高温下的硬度要高于氧化铝基陶瓷（见图5-11）。

SiAlON陶瓷的线膨胀系数比一般陶瓷低得多，因此具有良好的耐热冲击性能（抗热震性能）（见表5-22）。

SiAlON陶瓷在国外得到了广泛的研究，牌号也较多，如美国肯纳金属公司的Kyon2000（1981年开发）、Kyon3000、Sialox2001（Greenleaf公司）、瑞典的CC680（山特维克）、日本的KS8000（京瓷）及FX910（东芝泰洛依）。

(www.xing528.com)

图5-10 切削铸铁（200HBW）时不同刀具材料的抗冲击性能

表5-22 Kyon2000和其它刀具材料的性能比较

图5-11 塞隆陶瓷和氧化铝陶瓷刀具的硬度随温度的变化曲线

SiAlON陶瓷已成功用于铸铁、镍基合金、钛合金和硅铝合金的加工，是高速粗加工铸铁和镍基合金的理想刀具材料，如加工镍基合金时的生产率可比硬质合金提高5～10倍；加工铸铁时，可提高2～4倍。又如用Kyon陶瓷刀具加工200～215HBW的铸铁时，切削速度可达300～1200m/min，进给量f=0.25～1mm/r，切削速度比硬质合金高一倍，与普通陶瓷相比，进给量增加了一倍。但是Sialon陶瓷刀具不适合加工钢（因其溶解磨损速率很高）。与热压氮化硅陶瓷刀具一样，其耐磨损性能比一般陶瓷刀具差。