Керамика из нитрида кремния (Si3N4)

Керамика из нитрида кремния обладает наиболее универсальным сочетанием механических, термических и электрических свойств и является высокоэффективной технической керамикой. По своим высокотемпературным характеристикам она превосходит большинство металлов и обладает превосходной стойкостью к ползучести и окислению. Кроме того, превосходная устойчивость к тепловому удару и высокая стойкость к истиранию делают ее отличным материалом, способным выдерживать самые суровые условия в самых требовательных промышленных приложениях.

Великая керамика - Передовая керамика - Керамика на основе нитрида кремния 2

Два основных типа керамики из нитрида кремния

Спеченный под давлением нитрид кремния (GPSN)

Это наиболее популярный метод производства высокопрочных компонентов из нитрида кремния со сложной геометрией. В методе GPSN используется порошок нитрида кремния, смешанный со средствами спекания, способствующими жидкофазному спеканию (обычно иттрий, оксид магния и/или глинозем), а также связующими веществами для повышения механической прочности зеленого керамического тела. Порошок прессуется в желаемую форму, и может происходить "зеленая" обработка. Затем компакты помещаются в печь с атмосферой азота под давлением, что способствует уплотнению и предотвращает испарение/разложение кремния, азота и добавок.

Нитрид кремния горячего прессования (HPSN)

HPSN производится путем одноосного прессования порошка нитрида кремния (со спекающими добавками) при одновременном воздействии тепла. Для этого процесса требуется специальный тип пресса и матрицы. В результате получается нитрид кремния с превосходными механическими свойствами, однако из него можно получить только простые формы. Поскольку невозможно произвести "зеленую" обработку детали, подвергнутой горячему прессованию, алмазное шлифование является единственным способом создания сложных геометрических форм. Из-за высокой стоимости и трудностей, связанных с алмазным шлифованием и горячим прессованием, их использование обычно ограничивается производством простых компонентов в небольших количествах.

Свойства керамики из нитрида кремния

Особенности керамики на основе нитрида кремния

  • Очень низкая плотность;
  • Очень высокая вязкость разрушения;
  • Хорошая прочность на изгиб;
  • Отличная устойчивость к тепловому удару: высокие параметры теплового напряжения;
  • Чрезвычайно высокая рабочая температура.

Механические свойства нитрида кремния

Свойства Единица GPSN HPSN HTCSNS
Цвет -- Серый или черный Серый или черный Серый или черный
Плотность г/см³ 3.2 3.3 3.25
Твердость ГПа 15 16 15
Прочность на сжатие МПа 2500 3000 2500
Прочность на изгиб МПа 700 900 600~800
Вязкость разрушения МПа・м1/2 5~7 6~8 6~7
Модуль упругости ГПа 300 300 300~320
Соотношение пуассонов -- 0.25 0.28 0.25

Термические свойства нитрида кремния

Свойства Единица GPSN HPSN HTCSNS
Максимальная температура использования ℃ (без нагрузки) 1100 1300 1100
Теплопроводность при 25°C Вт/(м・К) 15~20 20~25 80~100
Тепловое расширение a при 40-400°C 1 x 10-6/°C 3 3.1 3
Удельная теплота Дж/(кг・К) 660 650 680
Устойчивость к тепловому удару ℃ (положить в воду) 550 800 --

Электрические свойства нитрида кремния

Свойства Единица GPSN HPSN HTCSNS
Диэлектрическая постоянная 1 МГц 6~8 8 7.8
Диэлектрическая прочность (6,35 мм) акВ/мм 15 17 --
Объемное удельное сопротивление при 25°C Ω・cm >1014 >1014 >1014
Объемное удельное сопротивление при 500°C Ω・cm >1010 >1010 >1010

*Значения являются типичными свойствами материала и могут изменяться в зависимости от конфигурации изделий и процесса производства. Для получения более подробной информации, пожалуйста, обращайтесь связаться с нами.

*При не слишком высокой температуре Si3N4 имеет высокую прочность и ударопрочность, но он будет поврежден с увеличением времени использования выше 1200 ℃, снижая свою прочность, и он более подвержен усталостным повреждениям выше 1450 ℃, поэтому Si3N4 Рабочая температура обычно не превышает 1300 ℃.

Применение керамики на основе нитрида кремния

  • Вращающиеся шариковые и роликовые подшипники
  • Режущие инструменты
  • Компоненты двигателя
    • клапаны, прокладки коромысел, уплотнительные поверхности
  • Опоры для катушек индукционного нагрева
  • Лопатки, лопатки, ковши для турбин
  • Приспособления для сварки и пайки
  • Компоненты нагревательного элемента
  • Кристаллы
  • Вальцы и штампы для формовки металлических труб
  • Сопла для сварки TIG / плазменной сварки
  • Позиционеры для сварки
  • Прецизионные валы и оси в условиях повышенного износа
  • Оболочки и трубки для термопар
  • Оборудование для полупроводниковых процессов

Часто задаваемые вопросы

По сравнению с другими видами технической керамики, ее низкий коэффициент теплового расширения обеспечивает хорошую устойчивость к тепловым ударам. Он очень твердый, превосходящий высокотемпературные возможности большинства металлов, а также обладает отличной устойчивостью к окислению. Поэтому нитрид кремния может выдерживать самые суровые условия в самых требовательных высокотемпературных и высоконагруженных приложениях.

Керамика из нитрида кремния имеет низкий коэффициент теплового расширения и высокую теплопроводность, поэтому она обладает отличной устойчивостью к тепловому удару. При не слишком высокой температуре нитрид кремния обладает высокой прочностью и ударопрочностью, но он повреждается при увеличении времени использования выше 1200℃, что снижает его прочность, а усталостные повреждения легче возникают при температуре выше 1450℃. Поэтому температура эксплуатации нитрида кремния обычно не превышает 1300°C.

Молекулярная масса нитрида кремния составляет 140,28, химическая формула - Si3N4, и он растворяется при 1900°C под давлением. После высокотемпературного спекания цвет обычно серый или черный.

Производители керамики из нитрида кремния

Компания Great Ceramic является профессиональным производителем керамики из нитрида кремния. Мы всегда рады использовать наш многолетний опыт в области передовой керамики для консультирования по материалам, дизайну и применению. Если вы хотите приобрести листы, стержни, трубки или обработанные на заказ детали из нитрида кремния, пожалуйста, свяжитесь с нами, и каждый из наших специалистов будет рад помочь вам.

Совет: Нажмите и удерживайте кнопку Ctrl клавиша для загрузки нескольких файлов одновременно.