Последние достижения. Сиалоны – нитридные огнеупорные материалы

Нитрид кремния Si₃N₄ – инертный материал, который устойчив при более высоких температурах, чем многие металлические сплавы. Поэтому в последние годы он находит широкое применение как весьма эффективный высокотемпературный конструк­ционный материал для изготовления керамических лопаток га­зовых турбин. Одной из трудностей производства изделий из нитрида кремния как соединения с ковалентным характером химической связи является получение плотно спеченной керамики. В начале 70-х годов в США при изучении процессов спекания Si₃N₄ открыт совершенно новый класс химических веществ, который назван сиалонами. В состав этих веществ входят четыре элемента Si, Al, O, N (отсюда и название – сиалон), а также ряд других элементов, внедряющихся в кристаллическую решетку сиалонов. Сиалоны – оксонитридные фазы, структура которых построена из тетраэдров (Si, Al) (О, N)₄, сочлененных в трех­мерный каркас. Некоторые сналоновые фазы характеризуются прекрасными механическими свойствами и устойчивостью в ус­ловиях действия химических агрессивных сред при высоких тем­пературах. Спекание сиалонов осуществляется более просто, чем спекание нитрида кремния. Несомненно, в ближайшее время эти материалы могут найти широкое применение.

Сиалоны представляют интерес и для кристаллохимиков. Многие из этих фаз изоструктурны известным силикатам, напри­мер:

1). YSiO₂N изоструктурен волластониту СаSiO₃. Его кристал­лическая решетка состоит из бесконечных цепей (SiO₂N)^3-, ана­логичных метасиликатным цепям (SiO₃)^2-;

2). Y₂O₃•Si₃N₄ или Y₂Si[Si₂O₃N₄] изоструктурен акерманиту Ca₂MgSi₂О₇;

3). Y₅(SiO₄)₃N изоструктурен апатиту Са₅(РО₄) ₃ОН;

4). Li₂SiА1О₃N – кристобалитоподобная фаза, в которой ионы Li⁺ занимают междоузлия в каркасе кристобалитоподобной структуры.

Совсем недавно было найдено, что некоторые композиции в системе MgO—Si₃N₄ могут быть получены в стеклообразном состоянии. Поскольку добавление небольших количеств нитрида в оксидные стекла ведет к повышению температуры стеклова­ния T_g., новые стеклообразные материалы, содержащие большое количество нитрида кремния, могут также иметь весьма инте­ресные свойства, например могут быть устойчивыми при высоких температурах.