Siliziumnitrid-Keramik (Si3N4)

Siliciumnitridkeramik hat die vielseitigste Kombination von mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften und ist eine technische Hochleistungskeramik. Ihre Hochtemperaturfähigkeit übertrifft die der meisten Metalle, und sie verfügt über eine ausgezeichnete Kriech- und Oxidationsbeständigkeit. Darüber hinaus ist es aufgrund seiner ausgezeichneten Temperaturwechselbeständigkeit und hohen Abriebfestigkeit ein hervorragender Werkstoff, der auch den härtesten Bedingungen in den anspruchsvollsten industriellen Anwendungen standhält.

Die zwei Haupttypen von Siliziumnitridkeramiken

Gasdruckgesintertes Siliziumnitrid (GPSN)

Dies ist die gängigste Methode zur Herstellung hochfester und komplex geformter Siliciumnitridkomponenten. Beim GPSN-Verfahren wird ein Siliziumnitridpulver verwendet, das mit Sinterhilfsmitteln zur Förderung der Flüssigphasensinterung (in der Regel Yttriumoxid, Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid) sowie mit Bindemitteln zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit des keramischen Grünlings gemischt wird. Das Pulver wird in die gewünschte Form gepresst, und es kann eine Grünbearbeitung erfolgen. Die Presslinge werden dann in einen Ofen mit Stickstoff-Druckatmosphäre gegeben, um die Verdichtung zu unterstützen und die Verdampfung/Zersetzung von Silizium, Stickstoff und Zusatzstoffen zu verhindern.

Heißgepresstes Siliziumnitrid (HPSN)

HPSN wird durch einachsiges Pressen von Siliziumnitridpulver (mit Sinterzusätzen) bei gleichzeitiger Wärmezufuhr hergestellt. Für dieses Verfahren ist eine besondere Art von Presse und Werkzeug erforderlich. Es entsteht ein Siliziumnitrid mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, allerdings können nur einfache Formen hergestellt werden. Da es unmöglich ist, ein heißgepresstes Bauteil grün zu bearbeiten, ist das Diamantschleifen die einzige Möglichkeit, komplexe Geometrien herzustellen. Aufgrund der hohen Kosten und der Schwierigkeiten, die mit dem Diamantschleifen und Heißpressen verbunden sind, beschränkt sich die Anwendung in der Regel auf die Herstellung einfacher Bauteile in kleinen Mengen.

Eigenschaften von Siliziumnitrid-Keramik

Eigenschaften von Siliziumnitridkeramik

  • Sehr geringe Dichte;
  • Sehr hohe Bruchzähigkeit;
  • Gute Biegefestigkeit;
  • Ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit: hohe thermische Belastungsparameter;
  • Extrem hohe Betriebstemperatur.

Mechanische Eigenschaften von Siliziumnitrid

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 von Siliziumnitrid

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
Widerstandsfähigkeit gegen thermische Schocks ℃(In Wasser legen) 550 800 --

Elektrische Eigenschaften von Siliziumnitrid

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

*Die Werte sind typische Materialeigenschaften und können je nach Produktkonfiguration und Herstellungsprozess variieren. Für weitere Details wenden Sie sich bitte an kontaktieren Sie uns.

*Bei nicht zu hoher Temperatur, Si3N4 hat eine hohe Festigkeit und Schlagzähigkeit, wird aber mit zunehmender Nutzungsdauer über 1200℃ beschädigt, wodurch seine Festigkeit abnimmt, und ist über 1450℃ anfälliger für Ermüdungsschäden, so dass Si3N4 Die Betriebstemperatur beträgt im Allgemeinen nicht mehr als 1300 ℃.

Siliziumnitrid-Keramik Verwendungszwecke

  • Rotierende Kugel- und Rollenlager
  • Schneidewerkzeuge
  • Komponenten des Motors
    • Ventile, Kipphebelauflagen, Dichtungsflächen
  • Träger für Induktionsheizspulen
  • Turbinenschaufeln, Schaufeln, Becher
  • Vorrichtungen zum Schweißen und Löten
  • Komponenten des Heizelements
  • Tiegel
  • Walzen und Matrizen zum Formen von Metallrohren
  • WIG/Plasma-Schweißdüsen
  • Schweißpositionierer
  • Präzisionswellen und Achsen in Umgebungen mit hohem Verschleiß
  • Thermoelement-Mäntel und -Rohre
  • Prozessausrüstung für Halbleiter

Hersteller von Siliziumnitrid-Keramik

Great Ceramic ist ein professioneller Hersteller von Siliziumnitridkeramik. Mit unserer langjährigen Erfahrung im Bereich der Hochleistungskeramik beraten wir Sie gerne zu Materialien, Designs und Anwendungen. Wenn Sie Siliziumnitrid-Platten, -Stäbe, -Rohre oder kundenspezifisch bearbeitete Teile kaufen möchten, wenden Sie sich bitte an uns, und unsere Experten werden Ihnen gerne weiterhelfen.

Im Vergleich zu anderen technischen Keramiken bietet sein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient eine gute Temperaturwechselbeständigkeit. Es ist sehr hart, übertrifft die Hochtemperaturfähigkeit der meisten Metalle und hat eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit. Daher kann Siliziumnitrid auch den härtesten Bedingungen in den anspruchsvollsten Hochtemperatur- und Hochlastanwendungen standhalten.

Siliziumnitridkeramik hat einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine hohe Wärmeleitfähigkeit, so dass sie eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit aufweist. Bei nicht zu hohen Temperaturen hat Siliziumnitrid eine hohe Festigkeit und Schlagzähigkeit, wird aber mit zunehmender Nutzungsdauer über 1200 °C beschädigt, was seine Festigkeit verringert, und Ermüdungsschäden treten leichter über 1450 °C auf. Daher liegt die Betriebstemperatur von Siliziumnitrid im Allgemeinen nicht über 1300 °C.

Das Molekulargewicht von Siliciumnitrid beträgt 140,28, die chemische Formel lautet Si3N4, und es löst sich bei 1900 °C unter Druck auf. Nach dem Sintern bei hoher Temperatur ist die Farbe normalerweise grau oder schwarz.