Siliziumnitrid (Si₃N₄)

Siliziumnitrid (Si₃N₄) ist eine hochentwickelte technische Keramik, die für ihre außergewöhnliche Kombination von mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften bekannt ist. Dieses Siliziumnitrid-Material ist zu einer wichtigen Lösung in Branchen geworden, die hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit, thermische Stabilität und Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen erfordern. Siliziumnitridkeramik besteht aus Silizium- und Stickstoffatomen, die eine starke kovalente Bindungsstruktur bilden, und bietet Leistungsmerkmale, die herkömmlichen Metallen und anderen Keramiken weit überlegen sind.

Die wichtigsten Vorteile von Siliziumnitridmaterial

Siliciumnitrid hat einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als andere technische Keramiken, was zu einer hervorragenden Temperaturwechselbeständigkeit führt. Seine außergewöhnliche Härte übertrifft die Hochtemperaturbeständigkeit der meisten Metalle, und es weist auch eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit auf. Dadurch ist es in der Lage, den anspruchsvollsten Hochtemperatur- und Hochlastanwendungen standzuhalten.

Mit einer Härte, die Stahl bei weitem übertrifft, ist Siliziumnitrid unglaublich abrieb- und verschleißfest und damit ideal für reibungsintensive Anwendungen. Dies beantwortet auch die Frage: "Ist Siliciumnitrid härter als Stahl?" - Ja, es ist deutlich härter.

Siliziumnitridkeramik kann extremen Temperaturschwankungen standhalten, ohne zu brechen oder sich zu zersetzen, und ist daher für Hochtemperaturumgebungen geeignet.

Im Gegensatz zu vielen anderen Metallen behält es seine mechanische Festigkeit und Zähigkeit auch bei hohen Temperaturen bei.

Dieses Siliziumnitrid-Material ist sehr widerstandsfähig gegen eine Vielzahl von korrosiven Chemikalien, einschließlich Säuren und geschmolzenen Metallen.

Die Wärmeleitfähigkeit von Siliciumnitrid ist gering, was es zu einem ausgezeichneten Wärmeisolator für verschiedene Anwendungen macht.

Sein geringes Gewicht ist ein wesentlicher Vorteil bei Anwendungen, bei denen eine Gewichtsreduzierung von entscheidender Bedeutung ist.

Industrielle Anwendungen von Siliziumnitrid

Siliziumnitrid (Si₃N₄)-Keramiken werden dank ihrer hohen Festigkeit, ausgezeichneten Verschleißfestigkeit, hervorragenden Temperaturwechselbeständigkeit und zuverlässigen elektrischen Isolierung in zahlreichen Branchen eingesetzt. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung der wichtigsten Anwendungsbereiche:

  • Komponenten des Motors: Wird in Turbolader-Rotoren, Ventilsitzen und Kolbenringen eingesetzt, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern und die Lebensdauer zu verlängern.

  • Lager und Kugeln: Siliziumnitrid-Kugeln werden in Hochgeschwindigkeits- und Hochlastlagern eingesetzt, wodurch das Gewicht reduziert und die Zuverlässigkeit erhöht wird.

  • Hochtemperatur-Strukturteile: Wird in Gasturbinenschaufeln, Dichtungsringen und Komponenten mit heißem Querschnitt verwendet und sorgt für Stabilität unter extremen thermischen und mechanischen Bedingungen.

  • Leichte Komponenten: Seine geringe Dichte macht es zu einem idealen Ersatz für Metalle und trägt zur Gewichtsreduzierung bei.

  • Isolierschichten und dünne Filme: Mit einem stabilen Brechungsindex von Siliziumnitridwird es als Isolier-, Schutz- und optisches Beschichtungsmaterial verwendet.

  • Substrate und Trägermaterialien: Siliziumnitrid-Substrate bieten hohe Zuverlässigkeit in der Leistungs- und Mikroelektronik.

  • Schneidwerkzeuge und mechanische Dichtungen: Aufgrund seiner hohen Härte und Verschleißfestigkeit eignet es sich für Hochgeschwindigkeitsschneiden, Dichtungsringe und Pumpenkomponenten.

  • Wärmebehandlung und Metallurgie: Wird dank seiner ausgezeichneten Temperaturwechselbeständigkeit für Hochtemperaturvorrichtungen, Tiegel und tragende Teile verwendet.

  • Anzünder: Siliziumnitrid-Zünder werden in Gasöfen, Gasturbinen und Stromerzeugungsanlagen für eine zuverlässige Zündung eingesetzt.

  • Neue Energieanwendungen: Zeigt das Potenzial der Wasserstoff-, Brennstoffzellen- und Kernenergietechnologien.

  • Anwendungen von Hochleistungskeramik in der Chemie-, Kunststoff- und Kautschukindustrie 2
  • Anwendungen von Hochleistungskeramik in der Chemie-, Kunststoff- und Gummibranche
  • Anwendungen von Hochleistungskeramik in der allgemeinen Fertigung
  • Anwendungen von Hochleistungskeramik im Industriemaschinenbau
  • Anwendungen von Hochleistungskeramiken in der Halbleiter- und Elektronikindustrie

Verfügbare Qualitäten von Siliziumnitrid

Great Ceramic bietet Siliziumnitrid-Keramik in verschiedenen Qualitäten an, um den unterschiedlichen technischen Anforderungen gerecht zu werden:

Wichtige Eigenschaften von Siliziumnitridmaterial

Great Ceramic bietet seinen Kunden eine Vielzahl von Siliziumnitrid-Materialien zur Auswahl an. Die folgenden Werte sind typische Materialeigenschaften und können je nach Produktkonfiguration und Herstellungsprozess variieren. Für weitere Details wenden Sie sich bitte an kontaktieren Sie uns.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaften Einheit GPSN HPSN HTCSNS
Farbe -- Grau oder schwarz Grau oder schwarz Grau oder schwarz
Dichte g/cm³ 3.2 3.3 3.25
Härte GPa 15 16 15
Druckfestigkeit MPa 2500 3000 2500
Biegefestigkeit MPa 700 900 600~800
Bruchzähigkeit MPa・m1/2 5~7 6~8 6~7
Elastizitätsmodul GPa 300 300 300~320
Poissons-Verhältnis -- 0.25 0.28 0.25

Thermische Eigenschaften

Eigenschaften Einheit GPSN HPSN HTCSNS
Maximale Einsatztemperatur ℃(Ohne Last) 1100 1300 1100
Wärmeleitfähigkeit @ 25°C W/(m・K) 15~20 20~25 80~100
Thermische Ausdehnung a bei 40-400°C 1 x 10-6/°C 3 3.1 3
Spezifische Wärme J/(kg・K) 660 650 680
Thermoschockbeständigkeit ℃(In Wasser legen) 550 800 --

Elektrische Eigenschaften

Eigenschaften Einheit GPSN HPSN HTCSNS
Dielektrizitätskonstante 1MHz 6~8 8 7.8
Durchschlagfestigkeit (6,35 mm) ac-kV/mm 15 17 --
Volumenwiderstand @ 25°C Ω・cm >1014 >1014 >1014
Volumenwiderstand @ 500°C Ω・cm >1010 >1010 >1010

*Bei nicht zu hohen Temperaturen hat Si3N4 eine hohe Festigkeit und Schlagzähigkeit, aber es wird mit der Zunahme der Nutzungsdauer über 1200℃ beschädigt, wodurch seine Festigkeit verringert wird, und es ist anfälliger für Ermüdungsschäden über 1450℃, so dass Si3N4 Die Betriebstemperatur im Allgemeinen nicht über 1300 ℃.

Gehäuse für Siliziumnitridteile

Siliziumnitrid-Keramik (Si₃N₄) wird wegen seiner außergewöhnlichen mechanischen Festigkeit, seiner überragenden Bruchzähigkeit, seiner geringen Dichte, seiner ausgezeichneten Temperaturwechselbeständigkeit und seines hervorragenden Verschleißverhaltens geschätzt, was es zu einem der zuverlässigsten Materialien für anspruchsvolle technische Anwendungen macht. Im Folgenden werden einige der häufigsten und wirkungsvollsten Anwendungsfälle von Siliziumnitrid-Keramikteilen in verschiedenen Branchen vorgestellt:

  • Präzisionslagerkugeln
  • Wälzkörper und Lagerringe
  • Turbinenschaufeln und Triebwerkskomponenten
  • Schneidwerkzeuge und verschleißfeste Einsätze
  • Düsen für die Verarbeitung von geschmolzenem Metall und Chemikalien
  • Pumpenplunger und Ventilkomponenten
  • Rotoren und Wellen für Hochgeschwindigkeitsmaschinen
  • Halterungen und Substrate für die Halbleiterverarbeitung
  • Wärmetauscher und Wärmemanagementkomponenten
  • Anzünder und Heizelemente
  • Kundenspezifische Gleitringdichtungen und Buchsen
Präzisionslagerkugeln
Hochwertige Siliziumnitrid-Lager
Heißgepresste Siliziumnitrid-Substrate
Siliziumnitrid-Keramik-Düse

Siliziumnitrid-Keramik-Bearbeitung

Siliziumnitridkeramik (Si₃N₄) gehört zu den härtesten technischen Keramiken und erfordert fortschrittliche Bearbeitungstechniken, um präzise Geometrien zu erreichen. Great Ceramic bietet branchenführende Bearbeitungsmöglichkeiten für Siliziumnitrid, die Genauigkeit, Langlebigkeit und Konsistenz für unternehmenskritische Anwendungen liefern.

Wir setzen Diamantschleifen, mehrachsige CNC-Bearbeitung, Präzisionsläppen und Feinstpolieren ein, um Toleranzen im Mikrometerbereich und außergewöhnliche Oberflächengüten zu erzielen. Unsere Fähigkeiten unterstützen Hochleistungskomponenten wie Siliziumnitrid-Keramikstangen, Präzisionslagerkugeln, Substrate und Turbinenteile.

Darüber hinaus bieten wir Metallisierung, Hartlöten, Montageservice und Oberflächenbehandlungen an, die eine nahtlose Integration von Siliziumnitridmaterial in moderne Systeme ermöglichen. Als führender chinesischer Hersteller von Siliziumnitridkeramik kombinieren wir Spitzentechnologie und umfassendes Fachwissen, um hochwertige, maßgeschneiderte Keramiklösungen für globale Märkte zu liefern.

Präzisions-CNC-Bearbeitung von Keramik

CNC-Fräsen, Drehen und Schleifen mit Toleranzen im Mikrometerbereich.

Schleifen und Polieren von Keramik

Oberflächenpolieren für glatte Oberflächen und optisch hochwertige Oberflächen.

Technisches Laserschneiden von Keramik

Laserbohren und -schneiden für komplexe Geometrien.

Keramische und metallgelötete Baugruppen

Metallisierung (Mo/Mn, W) für Keramik-Metall-Lötungen.

Häufig gestellte Fragen

Ja, Siliziumnitrid ist eine hochentwickelte technische Keramik aus Silizium- und Stickstoffatomen (Si₃N₄) mit einer starken kovalenten Bindungsstruktur, die ihr außergewöhnliche mechanische und thermische Eigenschaften verleiht.

Nein, Siliziumnitrid ist ein keramisches Materialnicht ein Metall. Es enthält keine metallischen Bindungen, obwohl es Spuren von Metallelementen als Sinterhilfsmittel enthalten kann.

Siliziumnitrid ist ein ausgezeichnetes elektrischer Isolator mit einem spezifischen Durchgangswiderstand von >10¹⁴ Ω-cm, auch bei erhöhten Temperaturen.

Siliziumnitrid-Kugeln werden hauptsächlich in Präzisionslagern für Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie Werkzeugmaschinenspindeln, zahnärztliche Handstücke, Luft- und Raumfahrtsysteme und Hochleistungsanwendungen in der Automobilindustrie eingesetzt. Im Vergleich zu Stahlkugeln bieten sie eine höhere Verschleißfestigkeit, geringe Dichte und elektrische Isolierung.

Siliziumnitrid (Si₃N₄) ist ein hochentwickeltes keramisches Material, das für seine außergewöhnliche Kombination aus hoher Festigkeit, Bruchzähigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit und Verschleißfestigkeit in anspruchsvollen Anwendungen bekannt ist.

Siliziumnitrid wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. in Lagern, Schneidwerkzeugen, Komponenten für die Halbleiterverarbeitung, Motorteilen für die Automobilindustrie, medizinischen Implantaten und elektronischen Substraten.

Siliziumnitrid-Kugeln werden in der Regel durch Verfahren hergestellt, die die Aufbereitung des Pulvers, die Formgebung, das Sintern bei hohen Temperaturen (oft mit Sinterhilfsmitteln) und das Präzisionsschleifen und -polieren zur Erzielung der Kugelgestalt und der Oberflächengüte umfassen.

Während sich dieser Artikel auf strukturelle Komponenten konzentriert, nutzen Siliziumnitrid-Zünder die ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und die elektrischen Isolationseigenschaften des Materials, um wiederholten Heiz- und Kühlzyklen standzuhalten.

Nein, Siliziumnitrid wird hauptsächlich als Isolator in elektronischen Anwendungen, obwohl seine Materialeigenschaften es als dielektrische Schicht in Halbleitergeräten wertvoll machen.

Siliziumnitrid zeichnet sich vor allem durch folgende Eigenschaften aus kovalente Bindung zwischen Silizium- und Stickstoffatomen, was zu seiner hohen Festigkeit, Härte und thermischen Stabilität beiträgt.

Die Vickershärte von Siliziumnitridkeramik liegt in der Regel im Bereich von 14-18 GPa (ca. 1500-1800 HV), je nach Herstellungsverfahren und Zusatzstoffzusammensetzung.

Ja, Siliziumnitrid ist viel härter als Stahl. Die Vickers-Härte von Siliziumnitrid beträgt 14-18 GPa, während die Härte von Stahl normalerweise nur 2-3 GPa beträgt, was bedeutet, dass Siliziumnitrid viel härter ist als Stahl.

Trotz seiner vielen Vorteile hat Siliziumnitrid auch einige Einschränkungen: Es ist etwas spröde und muss scharfe Stöße oder Spannungskonzentrationen vermeiden; die Bearbeitungskosten sind hoch und für die Präzisionsbearbeitung sind Diamantwerkzeuge erforderlich; die Verbindung mit Metallteilen erfordert eine spezielle Schweißtechnik oder eine mechanische Verriegelung.

Experte für die Herstellung von Hochleistungskeramik

Warum Siliziumnitrid von Great Ceramic wählen?

  • Hohe Leistung: Entwickelte Si₃N₄-Keramik mit unübertroffener Zähigkeit, Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit.
  • Kundenspezifische Lösungen: Von Standard-Siliziumnitridkugeln bis hin zu komplexen, präzisionsgefertigten Komponenten.
  • Fortschrittliche Bearbeitung: Mehrachsiges CNC-Schleifen und Diamantwerkzeuge für Genauigkeit im Mikrometerbereich.
  • Strenge Qualitätskontrolle: Umfassende Tests gewährleisten, dass jede Charge den internationalen Standards entspricht.
  • Umfassende Unterstützung: Von der Materialentwicklung und -auswahl bis zur Metallisierung, dem Löten und der Montage.

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