Peces ceràmiques de nitrur de silici

La ceràmica de nitrur de silici és una ceràmica de material inorgànic que no es contrau durant la sinterització. El nitrur de silici és molt fort, especialment el nitrur de silici premsat en calent, que és una de les substàncies més dures del món. Les peces ceràmiques de nitrur de silici tenen les propietats d'alta resistència, baixa densitat i resistència a alta temperatura.

La ceràmica Si3N4 és un compost d'enllaç covalent, la unitat estructural bàsica és el tetraedre [SiN4], l'àtom de silici es troba al centre del tetraedre i hi ha quatre àtoms de nitrogen al seu voltant, que es troben als quatre vèrtexs del tetraedre, i després cada tres Cada tetraedre comparteix la forma d'un àtom, formant una estructura de xarxa contínua i sòlida en l'espai tridimensional.

Zhongwei Precision es compromet a oferir als clients nacionals i estrangers ceràmiques avançades amb alta resistència, alta tenacitat, resistència al desgast, resistència a la corrosió i resistència a alta temperatura. És una empresa d'alta tecnologia que integra R+D, producció i venda de productes ceràmics avançats de precisió industrial en el camp de la ceràmica de precisió. Amb una varietat d'equips moderns d'alta precisió, ha realitzat de manera independent la finalització de tot el procés de producció de peces ceràmiques, des de la preparació de pols ceràmica, l'emmotllament del cos verd, la sinterització d'alta temperatura fins a l'acabat del material ceràmic.

Producte Descriptació

1. Estàndards d'implementació: l'empresa implementa estrictament la certificació ISO9001 i els productes han superat la certificació ROHS, FDA UE, etc.

2. Normes de material de producte: ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Processos principals: rejuntat, modelat per injecció, fosa de cinta, premsat isostàtic, impressió 3D

4. Materials disponibles per a ceràmica:

Produeix principalment barres de ceràmica acabades, tubs de ceràmica, anells de ceràmica, plaques de ceràmica, ventoses de ceràmica, fulles de ceràmica i altres estructures ceràmiques de forma especial. Els principals materials ceràmics són alúmina, zirconi, carbur de silici, nitrur de silici i ceràmica de nitrur d'alumini. Resistència a altes temperatures, resistència al desgast, resistència a la corrosió, resistència a àcids i àlcalis, antimagnètic, resistència a la pressió. I la impressió 3D, etc., es personalitzen segons els requisits del client.

Tub combinat, la seva alta resistència al desgast resisteix eficaçment el desgast i l'impacte del material.

El mètode d'elaboració i situació actual del producte

1. Propietats bàsiques

Moltes de les propietats del nitrur de silici es deuen a aquesta estructura. Si3N4 pur és 3119, amb dues estructures cristal·lines de i , ambdues hexagonals. La seva temperatura de descomposició és de 1800 graus a l'aire i 1850 graus en nitrogen 011MPa. Si3N4 té un baix coeficient d'expansió tèrmica i una alta conductivitat tèrmica, de manera que té una excel·lent resistència al xoc tèrmic. El nitrur de silici sinteritzat premsat en calent no es trenca fins i tot quan s'escalfa a 1000 graus i es posa a l'aigua freda. A una temperatura no massa alta, Si3N4 té una gran resistència i resistència a l'impacte, però es farà malbé amb l'augment del temps d'ús per sobre de 1200 graus, reduint la seva força, i és més propens a danys per fatiga per sobre de 1450 graus, de manera que Si3N4 La temperatura de funcionament generalment no supera els 1300 graus. A causa de la baixa densitat teòrica de Si3N4, és molt més lleuger que l'acer i l'acer superaliatge d'enginyeria. Per tant, en aquells llocs que requereixen materials amb alta resistència, baixa densitat, resistència a alta temperatura i altres propietats per utilitzar peces ceràmiques de nitrur de silici per substituir l'acer aliat és un altre moment. És més que adequat.

2. Propietats dels materials

Com a excel·lent material d'enginyeria d'alta temperatura, el material ceràmic Si3N4 pot tenir el màxim avantatge en la seva aplicació en el camp d'alta temperatura. La direcció de desenvolupament futura de Si3N4 és: (1) donar un joc complet i utilitzar les excel·lents característiques del mateix Si3N4; (2) desenvolupar alguns nous fluxos quan la pols de Si3N4 és sinteritzada, i investigar i controlar els millors components dels fluxos existents; (3) millorar el procés de fresat, conformació i sinterització; ⑷ desenvolupar el compost de Si3N4 i SiC i altres materials per tal de produir materials compostos d'alt rendiment. L'aplicació de la ceràmica Si3N4 en motors d'automòbil ha creat una nova situació per al desenvolupament de nous materials estructurals d'alta temperatura. La pròpia indústria de l'automòbil és una indústria multidisciplinària que combina la culminació de diverses tecnologies. La Xina és una civilització antiga amb una llarga història i ha aconseguit èxits brillants en la història del desenvolupament de la ceràmica. Amb el procés de reforma i obertura, un dia, la Xina també es situarà entre els principals països de la indústria de l'automòbil del món i crearà més glòries per al desenvolupament de la indústria ceràmica.

És extremadament resistent a les altes temperatures i la seva força es pot mantenir a una temperatura elevada de 1200 graus sense disminuir. No es fondrà en una fosa després d'escalfar-se i no es descompondrà fins a 1900 graus. I la solució de sosa càustica per sota del 30 per cent, també pot resistir la corrosió de molts àcids orgànics; al mateix temps, és un material aïllant elèctric d'alt rendiment.

3. Mètode de procés

Està fet de pols de silici com a matèria primera, que primer es forma en la forma desitjada pel mètode d'emmotllament habitual, i la nitruració preliminar es realitza en nitrogen a una temperatura elevada de 1200 graus C, de manera que una part de la pols de silici reacciona. amb nitrogen per formar nitrur de silici. Tot el cos ja té una certa força. A continuació, la segona nitruració es porta a terme en un forn d'alta temperatura de 1350 graus ~ 1450 graus per reaccionar en nitrur de silici. El nitrur de silici amb una densitat teòrica del 99 per cent es pot obtenir mitjançant la sinterització per premsat en calent.

4. Mètode de preparació

La tecnologia de preparació de peces ceràmiques de nitrur de silici s'ha desenvolupat ràpidament en els últims anys. La tecnologia de preparació se centra principalment en el mètode de sinterització de reacció, el mètode de sinterització de pressió en calent, el mètode de sinterització a pressió atmosfèrica, el mètode de sinterització a pressió d'aire i altres tipus. A causa dels diferents processos de preparació, diversos tipus de ceràmica de nitrur de silici tenen diferents microestructures (com ara la porositat i la morfologia dels porus, la morfologia del gra, la morfologia intergranular i el contingut de la segona fase intergranular, etc.). Per tant, el rendiment varia molt. Per obtenir materials ceràmics Si3N4 amb un rendiment excel·lent, primer s'ha de preparar una pols de Si3N4 d'alta qualitat. La qualitat de la pols de Si3N4 preparada per diferents mètodes no és exactament la mateixa, la qual cosa comporta diferències en el seu ús, i sovint s'atribueix el fracàs de moltes aplicacions de materials ceràmics. Com que els desenvolupadors no entenen les diferències entre les diferents pols ceràmiques, tenen insuficients comprensió de les seves propietats. En termes generals, la pols de Si3N4 d'alta qualitat hauria de tenir les característiques d'un alt contingut en fase, composició uniforme, poques impureses i distribució uniforme en ceràmica, mida de partícula petita i distribució de mida de partícula estreta i bona dispersibilitat. La fase d'una bona pols de Si3N4 hauria de representar almenys el 90 per cent, perquè durant el procés de sinterització de Si3N4, una part de la fase es transformarà en fase i no hi ha prou contingut de fase, cosa que reduirà la resistència del material ceràmic. .

(1) Mètode de sinterització de reacció (RS)

S'adopta el mètode d'emmotllament general. Primer, la pols de silici es pressiona en un cos verd de la forma desitjada i després es col·loca en un forn de nitruració per a la sinterització prèvia a la nitruració (nitruració parcial). El cos verd de pre-nitruració té una certa força i es pot dur a terme diversos processaments mecànics (com ara tornejat, planell, fresat, trepat). Finalment, a una temperatura superior al punt de fusió del silici; el cos verd es torna a nitrurar i sinteritzar completament per obtenir productes amb poc canvi dimensional (és a dir, després de la sinterització del cos verd, la taxa de contracció és molt petita, la taxa de contracció lineal és <011 per="" cent).="" el="" producte="" es="" pot="" utilitzar="" sense="" triturar.="" el="" mètode="" de="" sinterització="" de="" reacció="" és="" adequat="" per="" a="" la="" fabricació="" de="" peces="" amb="" formes="" complexes="" i="" dimensions="" precises,="" i="" el="" cost="" també="" és="" baix,="" però="" el="" temps="" de="" nitruració="" és="" molt="">

(2) Sinterització de premsa en calent (HPS)

La pols de Si3N4 i una petita quantitat d'additius (com ara MgO, Al2O3, MgF2, Fe2O3, etc.) es premsa en calent i sinteritzat a una pressió superior a 1916 MPa i una temperatura superior a 1600 graus. La ceràmica Si3N4 sinteritzada premsada en calent que utilitzen algunes empreses del Regne Unit i els Estats Units tenen una resistència de fins a 981 MPa o més. Els additius i la composició de fase durant la sinterització tenen una gran influència en les propietats del producte. A causa del control estricte de la composició de la fase del límit del gra i el tractament tèrmic adequat després de la sinterització de la ceràmica Si3N4, els materials ceràmics de la sèrie Si3N4 la força dels quals no disminuirà significativament fins i tot quan la temperatura sigui tan alta com 1300 graus (fins a 490 MPa o més). ) i la resistència a la fluència La desnaturalització es pot millorar en tres ordres de magnitud. Si el material ceràmic Si3N4 s'oxida prèviament a una temperatura elevada de 1400---1500 graus, la fase Si2N2O es formarà a la superfície del material ceràmic, que pot millorar significativament la resistència a l'oxidació i la resistència a alta temperatura de la ceràmica Si3N4. . Les propietats mecàniques de les ceràmiques Si3N4 produïdes per sinterització per premsat en calent són superiors a les de la sinterització de reacció Si3N4, amb gran resistència i alta densitat. No obstant això, el cost de fabricació és elevat i l'equip de sinterització és complex. A causa de la gran contracció del cos sinteritzat, la precisió dimensional del producte està limitada fins a cert punt. És difícil fabricar peces complexes. Només es poden fabricar peces amb formes senzilles, i el mecanitzat de la peça també és difícil.

(3) Mètode de sinterització a pressió atmosfèrica (PLS)

Pel que fa a l'augment de la pressió de l'atmosfera de nitrogen de sinterització, l'ús de la temperatura de descomposició de Si3N4 augmenta (generalment sota pressió de N2=1atm, des de 1800 graus C per descompondre's), després de la sinterització a pressió normal en el rang de temperatura de {{4} }} grau C, i després en la sinterització a pressió d'aire es porta a terme en el rang de temperatura de 1800---2000 graus. L'objectiu d'aquest mètode és utilitzar la pressió de l'aire per promoure la densificació de la ceràmica Si3N4, millorant així la resistència de la ceràmica. Les propietats dels productes obtinguts són lleugerament inferiors a les de la sinterització per premsat en calent. Els desavantatges d'aquest mètode són similars a la sinterització de premsat en calent.

(4) Mètode de sinterització a pressió de gas (GPS)

En els darrers anys, la gent ha realitzat moltes investigacions sobre la sinterització a pressió de l'aire i ha aconseguit un gran progrés. La sinterització a pressió de gas del nitrur de silici es realitza a una temperatura d'uns 2000 graus sota la pressió d'1 ~ 10MPa. L'alta pressió de nitrogen suprimeix la piròlisi del nitrur de silici. A causa de l'ús de la sinterització a alta temperatura, l'addició de menys ajudes de sinterització és suficient per promoure el creixement de grans de Si3N4 i obtenir ceràmiques d'alta tenacitat amb creixement in situ de grans columnars llargs amb una densitat > 99 per cent. Per tant, la sinterització a pressió d'aire es pot utilitzar al laboratori. Ha rebut cada cop més atenció en la producció. Les ceràmiques de nitrur de silici sinteritzat a pressió de gas tenen una alta tenacitat, una gran resistència i una bona resistència al desgast, i poden produir directament diverses formes complexes properes a la forma final, cosa que pot reduir considerablement el cost de producció i el cost de processament. I el seu procés de producció és proper al procés de producció de carbur cimentat, adequat per a la producció en massa.

5. Estat de la recerca

Per als cossos sinteritzats de ceràmica Si3N4 i Sialon, s'ha proporcionat un procés de formació per superplasticitat sense formar un material compost i mantenir un sol estat, i es proporciona un cos sinteritzat format segons el procés. Nitrur de silici i cos sinteritzat Sialon amb una densitat relativa de més del 95 per cent i una densitat lineal de 50 μm a la secció transversal bidimensional del cos sinteritzat en el rang de 120 a 250; La compressió fa que la deformació plàstica tingui lloc a velocitats de tensió inferiors a 10-1/s. El cos sinteritzat format té excel·lents propietats mecàniques, especialment a temperatura normal.

La ceràmica Si3N4 és un material estructural important. És una substància superdura, que té lubricitat i resistència al desgast; no reacciona amb altres àcids inorgànics, excepte l'àcid fluorhídric, i té una forta resistència a la corrosió i resistència a altes temperatures. Oxidació. I pot resistir el xoc del fred i la calor. Es pot escalfar a més d'1,000 grau a l'aire i no es trencarà després d'un refredament ràpid i un escalfament ràpid. És precisament a causa de les excel·lents propietats de la ceràmica Si3N4 que la gent sovint l'utilitza per fabricar coixinets. , pales de turbina de gas, anells de tancament mecànic, motlles permanents i altres components mecànics. Si la superfície de calefacció dels components del motor està feta de ceràmica de nitrur de silici que és resistent a altes temperatures i difícil de transferir la calor, no només pot millorar la qualitat dels motors dièsel, estalviar combustible, sinó també millorar l'eficiència tèrmica. . La Xina, els Estats Units, el Japó i altres països han desenvolupat aquest motor dièsel.

Procés després de la sinterització

Equip de processament: equipat amb màquina de gravat CNC, rectificat sense centres, rectificat cilíndric intern i extern, rectificat superficial, centre de mecanitzat de torn CNC, tall de filferro, tornejat, fresat, rectificat i altres equips de producció i proves d'alta precisió.

Motlles i accessoris d'inspecció

1. Vida útil del motlle: generalment semipermanent. (excepte l'escuma perduda).

2. Termini de lliurament del motlle: 10-25 dies (segons l'estructura del producte i la mida del producte).

3. Manteniment d'eines i motlles: Zhongwei és responsable de les peces de precisió.

Control de qualitat

1. Control de qualitat: la taxa de defectes és inferior al 0,1 per cent.

2. Les mostres i la prova s'inspeccionaran al 100% durant la producció i abans de l'enviament, la inspecció de mostres per a la producció en massa segons els estàndards ISDO o els requisits del client.

3. Equip de prova: instrument de mesura de rodones, instrument de mesura de tres coordenades, instrument de mesura de coordenades d'imatge, instrument de mesura de tres coordenades hexagonal, instrument de mesura d'imatge, instrument de mesura de densitat, instrument de mesura de suavitat, provador de duresa micro Vickers.

Aplicació

Aprofitant el pes lleuger i la rigidesa de Si3N4, es pot utilitzar per fabricar coixinets de boles, que tenen una precisió més alta que els coixinets metàl·lics, generen menys calor i poden funcionar a temperatures més altes i mitjans corrosius. Els broquets de vapor fets de ceràmica Si3N4 tenen les característiques de resistència al desgast i resistència a la calor. No tenen danys evidents després d'utilitzar-se en una caldera de 650 graus durant uns quants mesos, mentre que altres broquets d'acer aliat resistents a la calor i la corrosió només es poden utilitzar durant 1-2 mesos en les mateixes condicions. .Si3N4, desenvolupat conjuntament per l'Institut de silicat de Xangai, l'Acadèmia Xinesa de Ciències, l'Institut de Motor de Combustió Interna de Xangai, el Ministeri d'Enginyeria Elèctrica i Mecànica i Zhongwei Precision soluciona el problema de l'arrencada en fred difícil dels motors dièsel i és adequat per a l'ús directe. motors dièsel d'injecció o injecció no directa. Aquesta bugia és el dispositiu d'encesa de motor dièsel més avançat i ideal disponible avui en dia. L'Institut Japonès d'Energia Atòmica i Mitsubishi Heavy Industries van desenvolupar amb èxit una nova bomba de cru amb un rotor compost per 11 plats giratoris de ceràmica Si3N4 a la carcassa de la bomba. Com que la bomba adopta un rotor de ceràmica Si3N4 amb un petit coeficient d'expansió tèrmica i un coixinet d'aire precís, pot funcionar normalment sense lubricació i medi de refrigeració. Si aquesta bomba es combina amb una bomba ultrabuit com una bomba turbomolecular, es pot formar un sistema de buit adequat per a reactors de fusió nuclear o equips de processament de semiconductors.

Els anteriors són només alguns exemples d'aplicació de la ceràmica Si3N4 com a materials estructurals. Es creu que amb la millora de la tecnologia de producció, emmotllament, sinterització i processament de pols de Si3N4, el seu rendiment i fiabilitat seguiran millorant i la ceràmica de nitrur de silici s'utilitzarà més àmpliament. A causa de la millora de la puresa de les matèries primeres Si3N4, el ràpid desenvolupament de la tecnologia d'emmotllament en pols de Si3N4 i la tecnologia de sinterització, i la contínua expansió dels camps d'aplicació, Si3N4 està prenent una posició cada cop més important a la indústria com a ceràmica estructural d'enginyeria. La ceràmica Si3N4 té excel·lents propietats integrals i abundants recursos, i és un material estructural d'alta temperatura ideal amb amplis camps d'aplicació i mercats, i tots els països del món competeixen per la recerca i el desenvolupament. Els materials ceràmics tenen les característiques de resistència al desgast, resistència a la corrosió, resistència a altes temperatures, resistència a l'oxidació, resistència al xoc tèrmic i baixa gravetat específica que són difícils de comparar amb els materials metàl·lics generals. Les peces ceràmiques de nitrur de silici poden suportar el dur entorn de treball que els materials metàl·lics o polímers són incapaços, i les peces ceràmiques de nitrur de silici tenen àmplies perspectives d'aplicació. Després dels materials metàl·lics i els materials polimèrics, s'ha convertit en el material bàsic clau per donar suport a la indústria del pilar al segle XXI i s'ha convertit en un dels camps de recerca més actius. Avui, països d'arreu del món donen una gran importància a la seva recerca i desenvolupament. Com a membre important de la família de ceràmiques estructurals d'alta temperatura, les primeres ceràmiques Si3N4 tenen propietats mecàniques, propietats tèrmiques i estabilitat química més excel·lents que altres ceràmiques estructurals d'alta temperatura com la ceràmica d'òxid i la ceràmica de carbur. Per tant, es consideren els materials més prometedors en ceràmica estructural d'alta temperatura.