Keramické díly z nitridu křemíku

Keramika z nitridu křemíku je keramika z anorganického materiálu, která se během slinování nesmršťuje. Nitrid křemíku je velmi pevný, zejména za tepla lisovaný nitrid křemíku, který je jednou z nejtvrdších látek na světě. Keramické díly z nitridu křemíku mají vlastnosti vysoké pevnosti, nízké hustoty a vysoké teplotní odolnosti.

Keramika Si3N4 je sloučenina s kovalentní vazbou, základní strukturní jednotkou je čtyřstěn [SiN4], atom křemíku se nachází ve středu čtyřstěnu a kolem něj jsou čtyři atomy dusíku, které se nacházejí ve čtyřech vrcholech čtyřstěnu, a pak každé tři Každý čtyřstěn sdílí formu atomu a tvoří souvislou a pevnou síťovou strukturu v trojrozměrném prostoru.

Společnost Zhongwei Precision se zavázala poskytovat domácím i zahraničním zákazníkům pokročilou keramiku s vysokou pevností, vysokou houževnatostí, odolností proti opotřebení, odolností proti korozi a vysokým teplotám. Jedná se o high-tech podnik integrující výzkum a vývoj, výrobu a prodej průmyslových přesných pokročilých keramických výrobků v oblasti přesné keramiky. S řadou moderních vysoce přesných zařízení nezávisle realizovala dokončení celého výrobního procesu keramických dílů od přípravy keramického prášku, formování zeleného tělesa, vysokoteplotního slinování až po konečnou úpravu keramického materiálu.

Produkt Deskripce

1. Implementační normy: společnost přísně implementuje certifikaci ISO9001 a produkty prošly certifikací ROHS, FDA EU atd.

2. Materiálové normy produktu: ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Hlavní procesy: spárování, vstřikování, odlévání pásky, izostatické lisování, 3D tisk

4. Dostupné materiály pro keramiku:

Vyrábí především hotové keramické tyčinky, keramické trubičky, keramické kroužky, keramické desky, keramické přísavky, keramické čepele a další keramické konstrukce speciálního tvaru. Hlavní keramické materiály jsou oxid hlinitý, oxid zirkoničitý, karbid křemíku, nitrid křemíku a keramika nitrid hliníku. Vysoká teplotní odolnost, odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi, odolnost proti kyselinám a zásadám, antimagnetická, odolnost proti tlaku. A 3D tisk atd. jsou přizpůsobeny dle požadavků zákazníka.

Kombinovaná trubka, její vysoká odolnost proti opotřebení účinně odolává opotřebení materiálu a nárazu.

Způsob přípravy a aktuální situace produktu

1. Základní vlastnosti

Mnoho vlastností nitridu křemíku je způsobeno touto strukturou. Čistý Si3N4 je 3119, se dvěma krystalovými strukturami a , z nichž obě jsou šestihranné. Jeho teplota rozkladu je 1800 stupňů na vzduchu a 1850 stupňů v 011MPa dusíku. Si3N4 má nízký koeficient tepelné roztažnosti a vysokou tepelnou vodivost, takže má vynikající odolnost proti tepelným šokům. Za tepla lisovaný slinutý nitrid křemíku se nerozbije ani při zahřátí na 1000 stupňů a vložení do studené vody. Při nepříliš vysoké teplotě má Si3N4 vysokou pevnost a odolnost proti nárazu, ale při zvýšení doby používání nad 1200 stupňů se poškodí, sníží se jeho pevnost a je náchylnější k poškození únavou nad 1450 stupňů, takže provozní teplota Si3N4 obecně nepřesahuje 1300 stupňů. Vzhledem k nízké teoretické hustotě Si3N4 je mnohem lehčí než ocel a strojírenská vysoce legovaná ocel. Proto v těch místech, která vyžadují materiály s vysokou pevností, nízkou hustotou, vysokou teplotní odolností a dalšími vlastnostmi, použít keramické díly z nitridu křemíku nahradit legovanou ocel je jiná doba. Je to více než vhodné.

2. Vlastnosti materiálu

Jako vynikající vysokoteplotní inženýrský materiál může mít keramický materiál Si3N4 největší výhodu při své aplikaci v oblasti vysokých teplot. Budoucí směr vývoje Si3N4 je: (1) poskytnout plnou hru a využít vynikající vlastnosti samotného Si3N4; (2) vyvinout některá nová tavidla při slinování prášku Si3N4 a zkoumat a kontrolovat nejlepší složky stávajících tavidel; (3) zlepšit proces mletí, tváření a slinování; ⑷ vyvinout kompozit Si3N4 a SiC a další materiály za účelem výroby vysoce výkonných kompozitních materiálů. Aplikace keramiky Si3N4 v automobilových motorech vytvořila novou situaci pro vývoj nových vysokoteplotních konstrukčních materiálů. Automobilový průmysl sám o sobě je multidisciplinárním odvětvím, které kombinuje vyvrcholení různých technologií. Čína je starověká civilizace s dlouhou historií a dosáhla skvělých úspěchů v historii vývoje keramiky. S procesem reforem a otevíráním se jednoho dne bude i Čína. Musí se zařadit mezi hlavní země světového automobilového průmyslu a vytvořit větší slávu pro rozvoj keramického průmyslu.

Je extrémně odolný vůči vysokým teplotám a jeho pevnost může být udržována při vysoké teplotě 1200 stupňů bez snížení. Po zahřátí se neroztaví v taveninu a nerozloží se až do 1900 stupňů. A roztok hydroxidu sodného pod 30 procent, může také odolat korozi mnoha organických kyselin; zároveň je to vysoce výkonný elektroizolační materiál.

3. Procesní metoda

Vyrábí se z křemíkového prášku jako suroviny, který se nejprve vytvaruje do požadovaného tvaru obvyklou lisovací metodou a předběžná nitridace se provádí v dusíku při vysoké teplotě 1200 stupňů C, takže část křemíkového prášku reaguje s dusíkem za vzniku nitridu křemíku. Celé tělo už má určitou sílu. Potom se druhá nitridace provádí ve vysokoteplotní peci 1350 °C ~ 1450 °C, aby reagovala na nitrid křemíku. Nitrid křemíku s teoretickou hustotou 99 procent lze získat slinováním lisováním za tepla.

4. Způsob přípravy

Technologie přípravy keramických dílů z nitridu křemíku se v posledních letech rychle rozvinula. Technologie přípravy se zaměřuje především na metodu reakčního slinování, metodu slinování lisováním za tepla, metodu slinování za atmosférického tlaku, metodu slinování tlakem vzduchu a další typy. Různé typy keramiky z nitridu křemíku mají v důsledku různých procesů přípravy různé mikrostruktury (jako je poréznost a morfologie pórů, morfologie zrn, mezikrystalová morfologie a obsah mezikrystalové druhé fáze atd.). Proto se výkon velmi liší. Aby bylo možné získat keramické materiály Si3N4 s vynikajícím výkonem, je třeba nejprve připravit vysoce kvalitní prášek Si3N4. Kvalita prášku Si3N4 připraveného různými metodami není úplně stejná, což vede k rozdílům v jeho použití a selhání mnoha aplikací keramických materiálů je často připisováno Protože vývojáři nechápou rozdíly mezi různými keramickými prášky, mají nedostatečné pochopení jejich vlastností. Obecně řečeno, vysoce kvalitní prášek Si3N4 by měl mít vlastnosti vysokého obsahu fáze, rovnoměrného složení, malého množství nečistot a rovnoměrné distribuce v keramice, malé velikosti částic a úzké distribuce velikosti částic a dobré dispergovatelnosti. Fáze v dobrém prášku Si3N4 by měla tvořit alespoň 90 procent, protože během procesu slinování Si3N4 se část fáze přemění na fázi a není zde dostatečný obsah fáze, což sníží pevnost keramického materiálu. .

(1) Metoda reakčního slinování (RS)

Je přijata obecná metoda formování. Nejprve se křemíkový prášek vylisuje do surového tělesa požadovaného tvaru a poté se umístí do nitridační pece pro přednitridační (částečnou nitridaci) slinování. Přednitridované zelené těleso má určitou pevnost a lze jej provádět různé mechanické opracování (např. soustružení, hoblování, frézování, vrtání). Nakonec při teplotě nad bodem tání křemíku; surové těleso je opět plně nitridováno a slinováno, aby se získaly produkty s malou rozměrovou změnou (tj. po slinování surového tělesa, Míra smrštění je velmi malá, lineární míra smrštění je < 011="" procent).="" produkt="" lze="" použít="" bez="" broušení.="" metoda="" reakčního="" slinování="" je="" vhodná="" pro="" výrobu="" dílů="" složitých="" tvarů="" a="" přesných="" rozměrů,="" cena="" je="" také="" nízká,="" ale="" doba="" nitridace="" je="" velmi="">

(2) Hot Press Sintering (HPS)

Prášek Si3N4 a malé množství přísad (jako MgO, Al2O3, MgF2, Fe2O3 atd.) jsou lisovány za tepla a slinovány při tlaku nad 1916 MPa a teplotě nad 1600 stupňů. Za tepla lisovaná slinutá keramika Si3N4 používaná některými společnostmi ve Spojeném království a Spojených státech má pevnost až 981 MPa nebo více. Aditiva a fázové složení při slinování mají velký vliv na vlastnosti produktu. Díky přísné kontrole složení fáze na hranicích zrn a správnému tepelnému zpracování po slinování keramiky Si3N4 se keramické materiály řady Si3N4, jejichž pevnost výrazně nesníží ani při teplotě až 1300 stupňů (až 490 MPa nebo více). ) lze získat a odolnost proti tečení Denaturaci lze zlepšit o tři řády. Pokud je keramický materiál Si3N4 předoxidován při vysoké teplotě 1400---1500 stupně, na povrchu keramického materiálu se vytvoří fáze Si2N2O, což může výrazně zlepšit odolnost proti oxidaci a pevnost keramiky Si3N4 při vysokých teplotách. . Mechanické vlastnosti keramiky Si3N4 vyrobené slinováním lisováním za tepla jsou lepší než vlastnosti reakčního slinování Si3N4, s vysokou pevností a vysokou hustotou. Výrobní náklady jsou však vysoké a slinovací zařízení složité. Vzhledem k velkému smrštění slinutého tělesa je rozměrová přesnost výrobku do určité míry omezena. Je obtížné vyrobit složité díly. Lze vyrábět pouze tvarově jednoduché díly a obrábění obrobku je také obtížné.

(3) Metoda slinování za atmosférického tlaku (PLS)

Pokud jde o zvýšení tlaku slinovací dusíkové atmosféry, použití teploty rozkladu Si3N4 se zvyšuje (obvykle pod tlakem N2=1atm, od 1800 stupňů C do rozkladu), po slinování za normálního tlaku v rozmezí teplot {{4 }} stupně C, a poté se slinování za tlaku vzduchu provádí v teplotním rozsahu 1800---2000 stupňů. Účelem této metody je využít tlak vzduchu k podpoře zhuštění keramiky Si3N4, čímž se zlepší pevnost keramiky. Vlastnosti získaných produktů jsou o něco nižší než vlastnosti slinování lisováním za tepla. Nevýhody této metody jsou podobné jako u slinování lisováním za tepla.

(4) Metoda tlakového slinování (GPS)

V posledních letech lidé provedli mnoho výzkumů v oblasti tlakového slinování a dosáhli velkého pokroku. Plynové tlakové slinování nitridu křemíku se provádí při teplotě asi 2000 stupňů pod tlakem 1 ~ 10 MPa. Vysoký tlak dusíku potlačuje pyrolýzu nitridu křemíku. Díky použití vysokoteplotního slinování stačí přidání menšího množství slinovacích pomocných látek k podpoře růstu zrn Si3N4 a získání vysoce houževnaté keramiky s in-situ růstem dlouhých sloupcových zrn s hustotou > 99 procent. Proto lze v laboratoři použít tlakové slinování. Ve výrobě se mu dostává stále větší pozornosti. Keramika z nitridu křemíku slinutá pod tlakem plynu má vysokou houževnatost, vysokou pevnost a dobrou odolnost proti opotřebení a může přímo vyrábět různé složité tvary blízké konečnému tvaru, což může výrazně snížit výrobní náklady a náklady na zpracování. A jeho výrobní proces je blízký výrobnímu procesu slinutého karbidu, vhodný pro hromadnou výrobu.

5. Stav výzkumu

Pro keramická slinutá tělesa Si3N4 a Sialon byl poskytnut proces pro tváření superplasticitou bez vytvoření kompozitního materiálu a zachování jednoho stavu a je poskytnuto slinuté těleso vytvořené podle tohoto procesu. Slinuté těleso z nitridu křemíku a Sialon s relativní hustotou vyšší než 95 procent a lineární hustotou 50 μm ve dvourozměrném průřezu slinutého tělesa v rozsahu 120 až 250; Komprese způsobuje plastickou deformaci při rychlostech deformace menší než 10-1/s. Tvarované slinuté těleso má vynikající mechanické vlastnosti zejména při normální teplotě.

Keramika Si3N4 je důležitý konstrukční materiál. Je to supertvrdá látka, která má mazací schopnost a odolnost proti opotřebení; nereaguje s jinými anorganickými kyselinami kromě kyseliny fluorovodíkové a má silnou odolnost proti korozi a vysokou teplotní odolnost. Oxidace. A dokáže odolat šoku z chladu a tepla. Může se zahřát na vzduchu na více než 1,000 stupeň a po rychlém ochlazení a rychlém zahřátí se nerozbije. Právě kvůli vynikajícím vlastnostem keramiky Si3N4 ji lidé často používají k výrobě ložisek. , lopatky plynových turbín, mechanické těsnicí kroužky, trvalé formy a další mechanické součásti. Pokud je topná plocha součástí motoru vyrobena z keramiky z nitridu křemíku, která je odolná vůči vysokým teplotám a obtížně přenáší teplo, může to nejen zlepšit kvalitu dieselových motorů, ušetřit palivo, ale také zlepšit tepelnou účinnost. . Čína, Spojené státy, Japonsko a další země vyvinuly tento dieselový motor.

Proces po slinování

Zpracovatelské zařízení: vybaveno CNC gravírovacím strojem, bezhrotým broušením, vnitřním a vnějším válcovým broušením, povrchovým broušením, CNC soustružnickým obráběcím centrem, drátovým řezáním, soustružením, frézováním, broušením a dalšími vysoce přesnými výrobními a testovacími zařízeními.

Formy a kontrolní přípravky

1. Životnost formy: obvykle semipermanentní. (kromě ztracené pěny).

2. Dodací lhůta formy: 10-25 dnů (podle struktury produktu a velikosti produktu).

3. Údržba nástrojů a forem: Zhongwei je zodpovědný za přesné díly.

Kontrola kvality

1. Kontrola kvality: chybovost je menší než 0,1 procenta .

2. Vzorky a zkušební provoz budou 100% kontrolovány během výroby a před odesláním, kontrola vzorků pro sériovou výrobu podle norem ISDO nebo požadavků zákazníka.

3. Zkušební zařízení: přístroj na měření kruhovitosti, třísouřadnicový měřicí přístroj, obrazový souřadnicový měřicí přístroj, třísouřadnicový měřicí přístroj Hexagon, obrazový měřicí přístroj, hustoměrný přístroj, přístroj na měření hladkosti, mikro Vickers tvrdoměr.

aplikace

S využitím nízké hmotnosti a tuhosti Si3N4 jej lze použít k výrobě kuličkových ložisek, která mají vyšší přesnost než kovová ložiska, generují méně tepla a mohou pracovat při vyšších teplotách a korozivních médiích. Parní trysky vyrobené z keramiky Si3N4 se vyznačují odolností proti opotřebení a tepelnou odolností. Po několikaměsíčním používání v 650stupňovém kotli nemají žádné zjevné poškození, zatímco jiné trysky z legované oceli odolné vůči teplu a korozi lze za stejných podmínek používat pouze po dobu 1-2 měsíců. .Si3N4 žhavicí svíčka společně vyvinutá Shanghai Institute of Silicate, Chinese Academy of Sciences, Shanghai Institute of Internal Combustion Engine, Ministry of Electrical and Mechanical Engineering, and Zhongwei Precision řeší problém obtížného studeného startování dieselových motorů a je vhodná pro přímé dieselové motory se vstřikováním nebo s nepřímým vstřikováním. Tato žhavicí svíčka je nejpokročilejší a ideální zapalovací zařízení pro vznětové motory, které je dnes k dispozici. Japonský institut pro atomovou energii a Mitsubishi Heavy Industries úspěšně vyvinuly nové čerpadlo na ropu s rotorem složeným z 11 keramických gramofonů Si3N4 v plášti čerpadla. Protože čerpadlo využívá keramický rotor Si3N4 s malým koeficientem tepelné roztažnosti a přesným vzduchovým ložiskem, může normálně fungovat bez mazání a chladicího média. Pokud je toto čerpadlo kombinováno s ultravakuovým čerpadlem, jako je turbomolekulární čerpadlo, lze vytvořit vakuový systém vhodný pro jaderné fúzní reaktory nebo zařízení pro zpracování polovodičů.

Výše uvedené je jen několik příkladů použití keramiky Si3N4 jako konstrukčních materiálů. Předpokládá se, že se zlepšením výroby prášku Si3N4, lisování, slinování a technologie zpracování se bude jeho výkon a spolehlivost nadále zlepšovat a keramika z nitridu křemíku bude více používána. Díky zlepšování čistoty surovin Si3N4, rychlému rozvoji technologie práškového lisování Si3N4 a technologie slinování a neustálému rozšiřování aplikačních oblastí zaujímá Si3N4 stále důležitější postavení v průmyslu jako konstrukční konstrukční keramika. Keramika Si3N4 má vynikající komplexní vlastnosti a bohaté zdroje a je ideálním vysokoteplotním konstrukčním materiálem s širokými aplikačními oblastmi a trhy a všechny země na světě soutěží o výzkum a vývoj. Keramické materiály mají vlastnosti odolnosti proti opotřebení, odolnosti proti korozi, odolnosti proti vysokým teplotám, odolnosti proti oxidaci, odolnosti proti tepelným šokům a nízké měrné hmotnosti, které je obtížné srovnávat s obecnými kovovými materiály. Keramické díly z nitridu křemíku mohou odolat drsnému pracovnímu prostředí, kterého kovové nebo polymerní materiály nejsou schopny, a keramické díly z nitridu křemíku mají široké vyhlídky na použití. Po kovových materiálech a polymerních materiálech se stal klíčovým základním materiálem podporujícím pilířový průmysl v 21. století a stal se jedním z nejaktivnějších výzkumných oborů. Dnes přikládají země po celém světě jeho výzkumu a vývoji velký význam. Jako důležitý člen rodiny vysokoteplotní strukturální keramiky První keramika Si3N4 má vynikající mechanické vlastnosti, tepelné vlastnosti a chemickou stabilitu než jiná vysokoteplotní strukturální keramika, jako je oxidová keramika a karbidová keramika. Proto jsou považovány za nejslibnější materiály ve vysokoteplotní konstrukční keramice.