窒化ケイ素 (Si₃N₄)

窒化ケイ素(Si₃N₄)は、機械的、熱的、電気的特性の卓越した組み合わせで有名な高度なエンジニアリングセラミックスです。この窒化ケイ素材料は、高強度、耐摩耗性、熱安定性、過酷な条件下での信頼性が求められる産業において、重要なソリューションとなっています。強力な共有結合構造を形成するケイ素原子と窒素原子で構成される窒化ケイ素セラミックは、従来の金属や他のセラミックよりもはるかに優れた性能特性を提供し、航空宇宙、自動車、半導体、医療用途に不可欠な材料となっています。

窒化ケイ素材料の主な利点

窒化ケイ素は、他のテクニカルセラミックスに比べて熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れています。その卓越した硬度は、ほとんどの金属の高温耐性を上回り、優れた耐酸化性も示します。これにより、最も要求の厳しい高温・高負荷用途の過酷さに耐えることができます。

鋼鉄をはるかに凌ぐ硬度を持つ窒化ケイ素は、摩耗や磨耗に驚くほど強く、摩擦の多い用途に理想的です。窒化ケイ素は鋼鉄よりも硬いのか?- はい、かなり硬いです。

窒化ケイ素セラミックは、極端な温度変化にもクラックや劣化を起こすことなく耐えることができるため、高温環境に適しています。

多くの金属とは異なり、高温でも機械的強度と靭性を維持する。

この窒化ケイ素素材は、酸や溶融金属を含む幅広い腐食性化学物質に対して高い耐性を持つ。

窒化ケイ素の熱伝導率は低く、さまざまな用途で優れた断熱材となる。

軽量であることは、軽量化が重要な用途において大きな利点となる。

窒化ケイ素の産業応用

窒化ケイ素(Si₃N₄)セラミックスは、その高い強度、優れた耐摩耗性、優れた耐熱衝撃性、信頼性の高い電気絶縁性により、様々な産業分野で広く使用されています。以下は、主な応用分野の概要である:

  • エンジン・コンポーネント:ターボチャージャーのローター、バルブシート、ピストンリングに適用され、耐摩耗性を向上させ、寿命を延ばす。

  • ベアリングとボール: 窒化ケイ素ボール は高速、高負荷のベアリングに使用され、軽量化と信頼性の向上を実現している。

  • 高温構造部品:ガスタービンブレード、シーリングリング、ホットセクション部品に使用され、過酷な熱的・機械的条件下でも安定性を維持。

  • 軽量コンポーネント:密度が低いため金属の代替に最適で、全体的な軽量化に貢献。

  • 絶縁層と薄膜:安定した 窒化ケイ素の屈折率絶縁材料、保護材料、光学コーティング材料として使用される。

  • 基板とキャリア: 窒化ケイ素基板 パワーエレクトロニクスやマイクロエレクトロニクスデバイスに高い信頼性を提供する。

  • 切削工具とメカニカルシール:高い硬度と耐摩耗性により、高速切削、シールリング、ポンプ部品に適している。

  • 熱処理と冶金:耐熱衝撃性に優れ、高温用治具、るつぼ、支持部品に使用。

  • イグナイター: 窒化ケイ素点火装置 は、ガス炉、ガスタービン、発電装置に使用され、信頼性の高い点火を実現する。

  • 新エネルギー応用:水素エネルギー、燃料電池、原子力技術の可能性を示す。

  • 化学、プラスチック、ゴムにおけるアドバンストセラミックスの応用 2
  • 化学、プラスチック、ゴムにおけるアドバンストセラミックスの応用
  • 一般製造業におけるアドバンストセラミックスの応用
  • 産業機械におけるアドバンストセラミックスの応用
  • 半導体・電子分野におけるアドバンストセラミックスの応用

窒化ケイ素の利用可能なグレード

Great Ceramicでは、窒化ケイ素セラミックスは、さまざまなエンジニアリングのニーズに合わせて、いくつかのグレードで提供しています:

窒化ケイ素の主要特性

Great Ceramicは、お客様が選択できるように様々な窒化ケイ素材料を提供しています。以下の値は代表的な材料特性であり、製品構成や製造工程によって異なる場合があります。詳細については、お気軽に お問い合わせ.

機械的特性

プロパティ 単位 GPSN HPSN HTCSNS
カラー -- グレーまたはブラック グレーまたはブラック グレーまたはブラック
密度 g/cm³ 3.2 3.3 3.25
硬度 GPa 15 16 15
圧縮強度 MPa 2500 3000 2500
曲げ強度 MPa 700 900 600~800
破壊靭性 MPa・m1/2 5~7 6~8 6~7
弾性係数 GPa 300 300 300~320
ポアソン比 -- 0.25 0.28 0.25

熱特性

プロパティ 単位 GPSN HPSN HTCSNS
最高使用温度 無負荷 1100 1300 1100
熱伝導率 @ 25°C W/(m・K) 15~20 20~25 80~100
40-400℃における熱膨張a 1 x 10-6/°C 3 3.1 3
比熱 J/(kg・K) 660 650 680
耐熱衝撃性 水に入れる 550 800 --

電気的特性

プロパティ 単位 GPSN HPSN HTCSNS
誘電率 1MHz 6~8 8 7.8
絶縁耐力(6.35mm) AC-kV/mm 15 17 --
体積抵抗率 @ 25°C Ω・cm >1014 >1014 >1014
体積抵抗率 @ 500°C Ω・cm >1010 >1010 >1010

*あまり高温でない場合、Si3N4は高い強度と耐衝撃性を持つが、1200℃を超えると使用時間の増加とともに損傷して強度が低下し、1450℃を超えると疲労損傷を受けやすくなるため、Si3N4 使用温度は一般的に1300℃を超えない。

窒化ケイ素部品ケース

窒化ケイ素セラミック (Si₃N₄) は、卓越した機械的強度、優れた破壊靭性、低密度、優れた耐熱衝撃性、および卓越した摩耗性能で評価されており、要求の厳しいエンジニアリング用途で最も信頼性の高い材料の 1 つとなっています。以下に、さまざまな業界で窒化ケイ素セラミック部品の最も一般的でインパクトのある使用例をいくつか示します:

  • 精密ベアリングボール
  • 転動体とベアリングレース
  • タービンブレードとエンジン部品
  • 切削工具と耐摩耗チップ
  • 溶融金属および化学処理用ノズル
  • ポンプのプランジャーとバルブ部品
  • 高速機械用ローターおよびシャフト
  • 半導体加工用治具および基板
  • 熱交換器と熱管理部品
  • イグナイターと発熱体
  • カスタムメカニカルシールとブッシング
精密ベアリングボール
プレミアム窒化ケイ素ベアリング
ホットプレス窒化ケイ素基板
窒化ケイ素セラミックノズル

窒化ケイ素セラミック加工

窒化ケイ素 (Si₃N₄) セラミックスは、最も硬いテクニカルセラミックスの一つであり、精密な形状を達成するために高度な機械加工技術を必要とします。Great Ceramicは、業界をリードする窒化ケイ素加工能力を提供し、ミッションクリティカルな用途に精度、耐久性、一貫性を提供します。

ダイヤモンド研削、多軸CNC加工、精密ラッピング、超精密研磨を駆使し、ミクロン単位の公差と卓越した表面仕上げを実現します。当社の能力は、窒化ケイ素セラミックロッド、精密ベアリングボール、基板、タービン部品などの高性能部品をサポートしています。

さらに、金属化、ろう付け、組立サービス、表面処理を提供し、窒化ケイ素材料を高度なシステムにシームレスに統合することを可能にしています。中国をリードする窒化ケイ素セラミックメーカーとして、当社は最先端技術と深い専門知識を組み合わせ、グローバル市場に高品質でカスタマイズされたセラミックソリューションを提供しています。

精密セラミックCNC加工

ミクロン単位の公差を実現するCNCフライス加工、旋盤加工、研削加工。

セラミック研磨

滑らかな仕上げと光学グレードの表面研磨。

セラミック・レーザー切断技術

複雑な形状のレーザー穴あけおよび切断。

セラミックおよび金属ろう付けアセンブリ

セラミックと金属のろう付けのためのメタライゼーション(Mo/Mn、W)。

よくある質問

そうだ、 窒化ケイ素 は、ケイ素と窒素原子(Si₃N₄)で構成され、強い共有結合構造を持つ高度なテクニカルセラミックであるため、卓越した機械的特性と熱的特性が得られます。

窒化ケイ素は セラミック材料金属ではない。焼結助剤として微量の金属元素を含むことはあるが、金属結合を含まない。

窒化ケイ素は優れた 電気絶縁体 体積抵抗率>10¹⁴Ω・cmで、たとえ高温でも。

窒化ケイ素ボール は、主に工作機械のスピンドル、歯科用ハンドピース、航空宇宙システム、高性能自動車アプリケーションなどの高速アプリケーション用の精密ベアリングに使用されています。鋼球に比べ、耐摩耗性、低密度、電気絶縁性に優れています。

窒化ケイ素 (Si₃N₄)は、要求の厳しい用途において、高強度、破壊靭性、耐熱衝撃性、耐摩耗性の優れた組み合わせで有名な先進のエンジニアリング・セラミック材料です。

窒化ケイ素は、ベアリング、切削工具、半導体加工部品、自動車エンジン部品、医療用インプラント、電子基板など幅広い用途に使用されている。

窒化ケイ素ボール は通常、粉末の調製、成形、高温焼結(多くの場合、焼結助剤を使用)、真球度と表面仕上げを達成するための精密研削・研磨などの工程を経て製造される。

この記事では構造部品に焦点を当てているが、窒化ケイ素点火器は、この材料の優れた耐熱衝撃性と電気絶縁性を利用して、繰り返される加熱と冷却のサイクルに耐える。

窒化ケイ素は、主に次のような用途に使われる。 絶縁体 は、その材料特性から半導体デバイスの誘電体層として重宝されているが、電子機器への応用は難しい。

窒化ケイ素の主な特徴 共有結合 珪素原子と窒素原子の間が、高い強度、硬度、熱安定性に寄与している。

窒化ケイ素セラミックスのビッカース硬度は、製造プロセスや添加組成にもよるが、一般的に14~18GPa(約1500~1800HV)の範囲である。

そう、窒化ケイ素は鋼鉄よりもはるかに硬い。窒化ケイ素のビッカース硬度は14~18GPaで、鋼鉄の硬度は通常2~3GPaしかない。

窒化ケイ素には多くの利点があるが、いくつかの制限もある。やや脆いため、急激な衝撃や応力集中を避ける必要があること、加工コストが高く、精密加工にはダイヤモンド工具が必要であること、金属部品との接続には特殊な溶接技術や機械的インターロックが必要であること。

先端セラミックス製造のエキスパート

Great Ceramicの窒化ケイ素を選ぶ理由

  • 高性能:比類のない靭性、強度、耐熱衝撃性を持つSi₃N₄セラミックスを設計。
  • カスタムソリューション:標準的な窒化ケイ素ボールから複雑な精密加工部品まで。
  • 高度な機械加工:ミクロン単位の精度を実現する多軸CNC研削とダイヤモンド工具。
  • 厳格な品質保証:包括的なテストにより、すべてのバッチが国際基準を満たしていることを保証します。
  • フルサービスのサポート:材料の設計、選択からメタライゼーション、ろう付け、組み立てまで。

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