Siliziumnitrid-Keramikteile

Siliziumnitridkeramik ist ein anorganisches Keramikmaterial, das beim Sintern nicht schrumpft. Siliziumnitrid ist sehr stark, insbesondere heißgepresstes Siliziumnitrid, das zu den härtesten Stoffen der Welt gehört. Siliziumnitrid-Keramikteile haben die Eigenschaften hoher Festigkeit, geringer Dichte und hoher Temperaturbeständigkeit.

Si3N4-Keramik ist eine kovalente Bindungsverbindung, die grundlegende Struktureinheit ist [SiN4]-Tetraeder, das Siliziumatom befindet sich in der Mitte des Tetraeders, und es gibt vier Stickstoffatome darum herum, die sich an den vier Ecken des Tetraeders befinden. und dann alle drei. Jeder Tetraeder hat die Form eines Atoms und bildet eine kontinuierliche und solide Netzwerkstruktur im dreidimensionalen Raum.

Zhongwei Precision ist bestrebt, Kunden im In- und Ausland fortschrittliche Keramik mit hoher Festigkeit, hoher Zähigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit anzubieten. Es ist ein High-Tech-Unternehmen, das Forschung und Entwicklung, Produktion und Vertrieb von industriellen Präzisionskeramikprodukten auf dem Gebiet der Präzisionskeramik integriert. Mit einer Vielzahl moderner Hochpräzisionsgeräte hat es den gesamten Produktionsprozess von Keramikteilen von der Herstellung des Keramikpulvers über das Formen des Grünkörpers und das Hochtemperatursintern bis hin zur Endbearbeitung des Keramikmaterials unabhängig realisiert.

Produktbezkritik

1. Implementierungsstandards: Das Unternehmen setzt die ISO9001-Zertifizierung strikt um, und die Produkte haben die ROHS-, FDA-EU-Zertifizierung usw. bestanden.

2. Produktmaterialnormen: ISO, GB, ASTM, SAE, EN, LÄRM, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Hauptprozesse: Verguss, Spritzguss, Bandguss, isostatisches Pressen, 3D-Druck

4. Verfügbare Materialien für Keramik:

Es produziert hauptsächlich fertige Keramikstäbe, Keramikrohre, Keramikringe, Keramikplatten, Keramiksaugnäpfe, Keramikklingen und andere speziell geformte Keramikstrukturen. Die wichtigsten keramischen Materialien sind Aluminiumoxid-, Zirkonoxid-, Siliziumkarbid-, Siliziumnitrid- und Aluminiumnitridkeramiken. Hohe Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Säure- und Alkalibeständigkeit, antimagnetisch, Druckfestigkeit. Und 3D-Druck usw. werden nach Kundenwunsch angepasst.

Kombiniertes Rohr, seine hohe Verschleißfestigkeit widersteht effektiv Materialverschleiß und Stößen.

Die Zubereitungsmethode und die aktuelle Situation des Produkts

1. Grundlegende Eigenschaften

Viele der Eigenschaften von Siliziumnitrid beruhen auf dieser Struktur. Reines Si3N4 ist 3119, mit zwei Kristallstrukturen von und , die beide hexagonal sind. Seine Zersetzungstemperatur beträgt 1800 Grad in Luft und 1850 Grad in 0,11 MPa Stickstoff. Si3N4 hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe Wärmeleitfähigkeit, sodass es eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit aufweist. Das heißgepresste gesinterte Siliziumnitrid bricht nicht, selbst wenn es auf 1000 Grad erhitzt und in kaltes Wasser gegeben wird. Bei nicht zu hoher Temperatur hat Si3N4 eine hohe Festigkeit und Schlagfestigkeit, aber es wird mit zunehmender Nutzungsdauer über 1200 Grad beschädigt, was seine Festigkeit verringert, und es ist anfälliger für Ermüdungsschäden über 1450 Grad, also Si3N4 Die Betriebstemperatur überschreitet im Allgemeinen 1300 Grad nicht. Aufgrund der geringen theoretischen Dichte von Si3N4 ist es viel leichter als Stahl und Superlegierungsstahl. An Orten, an denen Materialien mit hoher Festigkeit, geringer Dichte, hoher Temperaturbeständigkeit und anderen Eigenschaften erforderlich sind, ist es daher eine andere Zeit, Siliziumnitrid-Keramikteile als Ersatz für legierten Stahl zu verwenden. Es ist mehr als angemessen.

2. Materialeigenschaften

Als hervorragendes technisches Hochtemperaturmaterial kann Si3N4-Keramikmaterial den größten Vorteil bei seiner Anwendung im Hochtemperaturbereich spielen. Die zukünftige Entwicklungsrichtung von Si3N4 ist: (1) die hervorragenden Eigenschaften von Si3N4 selbst voll zur Geltung zu bringen und zu nutzen; (2) einige neue Flussmittel zu entwickeln, wenn Si3N4-Pulver gesintert wird, und die besten Komponenten der bestehenden Flussmittel zu erforschen und zu kontrollieren; (3) zur Verbesserung des Mahl-, Form- und Sinterprozesses; ⑷ Entwicklung des Verbundwerkstoffs aus Si3N4 und SiC und anderen Materialien, um leistungsfähigere Verbundwerkstoffe herzustellen. Die Anwendung von Si3N4-Keramik in Automobilmotoren hat eine neue Situation für die Entwicklung neuer Hochtemperatur-Strukturmaterialien geschaffen. Die Automobilindustrie selbst ist eine multidisziplinäre Industrie, die die Höhepunkte verschiedener Technologien vereint. China ist eine alte Zivilisation mit einer langen Geschichte und hat in der Geschichte der Keramikentwicklung brillante Errungenschaften vollbracht. Mit dem Reform- und Öffnungsprozess wird auch China eines Tages zu den wichtigsten Ländern der Automobilindustrie der Welt gehören und der Entwicklung der Keramikindustrie größere Ehre erweisen.

Es ist extrem hochtemperaturbeständig und seine Festigkeit kann bei einer hohen Temperatur von 1200 Grad ohne Abnahme beibehalten werden. Es schmilzt nach dem Erhitzen nicht zu einer Schmelze und zersetzt sich erst bei 1900 Grad. Und Natronlauge unter 30 Prozent kann auch der Korrosion vieler organischer Säuren widerstehen; Gleichzeitig ist es ein leistungsstarkes Elektroisoliermaterial.

3. Prozessmethode

Es besteht aus Siliziumpulver als Rohmaterial, das zuerst durch das übliche Formverfahren in die gewünschte Form gebracht wird, und eine vorläufige Nitrierung wird in Stickstoff bei einer hohen Temperatur von 1200 Grad C durchgeführt, so dass ein Teil des Siliziumpulvers reagiert mit Stickstoff zu Siliziumnitrid. Der ganze Körper hat schon eine gewisse Kraft. Dann wird die zweite Nitrierung in einem Hochtemperaturofen von 1350 Grad ~1450 Grad durchgeführt, um zu Siliziumnitrid zu reagieren. Siliziumnitrid mit einer theoretischen Dichte von 99 Prozent kann durch Heißpresssintern erhalten werden.

4. Zubereitungsmethode

Die Herstellungstechnologie von Siliziumnitrid-Keramikteilen hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Die Herstellungstechnologie konzentriert sich hauptsächlich auf das Reaktionssinterverfahren, Heißpresssinterverfahren, Atmosphärendrucksinterverfahren, Luftdrucksinterverfahren und andere Arten. Aufgrund der unterschiedlichen Herstellungsverfahren haben verschiedene Arten von Siliziumnitridkeramiken unterschiedliche Mikrostrukturen (wie Porosität und Porenmorphologie, Kornmorphologie, intergranulare Morphologie und intergranularer Zweitphasengehalt usw.). Daher schwankt die Leistung stark. Um Si3N4-Keramikmaterialien mit ausgezeichneter Leistung zu erhalten, sollte zuerst hochwertiges Si3N4-Pulver hergestellt werden. Die Qualität von Si3N4-Pulver, das mit verschiedenen Methoden hergestellt wird, ist nicht genau gleich, was zu Unterschieden in seiner Verwendung führt, und das Scheitern vieler Keramikmaterialanwendungen wird oft darauf zurückgeführt, weil Entwickler die Unterschiede zwischen verschiedenen Keramikpulvern nicht verstehen, sie haben unzureichend Verständnis ihrer Eigenschaften. Im Allgemeinen sollte hochwertiges Si3N4-Pulver die Eigenschaften eines hohen Phasengehalts, einer gleichmäßigen Zusammensetzung, wenig Verunreinigungen und einer gleichmäßigen Verteilung in Keramiken, einer kleinen Partikelgröße und einer engen Partikelgrößenverteilung sowie einer guten Dispergierbarkeit aufweisen. Die Phase in einem guten Si3N4-Pulver sollte mindestens 90 Prozent ausmachen, da sich während des Sinterprozesses von Si3N4 ein Teil der Phase in die Phase umwandelt und es nicht genügend Phasengehalt gibt, was die Festigkeit des Keramikmaterials verringert .

(1) Reaktionssinterverfahren (RS)

Das allgemeine Formverfahren wird übernommen. Zunächst wird das Siliziumpulver zu einem Grünkörper der gewünschten Form gepresst und dann zum Vornitrieren (Teilnitrieren) in einen Nitrierofen gegeben und gesintert. Der vornitrierte Grünkörper hat eine gewisse Festigkeit und kann verschiedenen mechanischen Bearbeitungen (zB Drehen, Hobeln, Fräsen, Bohren) unterzogen werden. Schließlich bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt von Silizium; der Grünkörper wird erneut vollständig nitriert und gesintert, um Produkte mit geringer Dimensionsänderung zu erhalten (dh nach dem Sintern des Grünkörpers ist die Schrumpfungsrate sehr gering, die lineare Schrumpfungsrate ist < 0,11="" prozent).="" das="" produkt="" kann="" ohne="" schleifen="" verwendet="" werden.="" das="" reaktionssinterverfahren="" eignet="" sich="" zur="" herstellung="" von="" teilen="" mit="" komplexen="" formen="" und="" präzisen="" abmessungen,="" und="" die="" kosten="" sind="" ebenfalls="" niedrig,="" aber="" die="" nitrierzeit="" ist="" sehr="">

(2) Heißpresssintern (HPS)

Das Si3N4-Pulver und eine geringe Menge an Zusatzstoffen (wie MgO, Al2O3, MgF2, Fe2O3 usw.) werden heißgepresst und bei einem Druck von über 1916 MPa und einer Temperatur von über 1600 Grad gesintert. Die heißgepresste gesinterte Si3N4-Keramik, die von einigen Unternehmen in Großbritannien und den Vereinigten Staaten verwendet wird, hat eine Festigkeit von bis zu 981 MPa oder mehr. Additive und Phasenzusammensetzung beim Sintern haben einen großen Einfluss auf die Produkteigenschaften. Aufgrund der strengen Kontrolle der Zusammensetzung der Korngrenzenphase und der richtigen Wärmebehandlung nach dem Sintern von Si3N4-Keramiken, Keramikmaterialien der Si3N4-Reihe, deren Festigkeit nicht wesentlich abnimmt, selbst wenn die Temperatur so hoch wie 1300 Grad (bis zu 490 MPa oder mehr) ist ) erhalten werden, und die Kriechbeständigkeit Denaturierung kann um drei Größenordnungen verbessert werden. Wenn das Si3N4-Keramikmaterial bei einer hohen Temperatur von 1400---1500 Grad voroxidiert wird, wird die Si2N2O-Phase auf der Oberfläche des Keramikmaterials gebildet, was die Oxidationsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit der Si3N4-Keramik erheblich verbessern kann . Die mechanischen Eigenschaften der durch Heißpresssintern hergestellten Si3N4-Keramik sind denen des Reaktionssinterns von Si3N4 überlegen, mit hoher Festigkeit und hoher Dichte. Die Herstellungskosten sind jedoch hoch und die Sinterausrüstung ist komplex. Aufgrund der großen Schwindung des Sinterkörpers ist die Maßhaltigkeit des Produktes in gewissem Maße eingeschränkt. Es ist schwierig, komplexe Teile herzustellen. Es können nur Teile mit einfachen Formen hergestellt werden, und auch die Bearbeitung des Werkstücks ist schwierig.

(3) Atmosphärendruck-Sinterverfahren (PLS)

In Bezug auf die Erhöhung des Drucks der Sinterstickstoffatmosphäre erhöht sich die Verwendung der Si3N4-Zersetzungstemperatur (normalerweise unter N2=1-Atmdruck, von 1800 Grad C bis zur Zersetzung), nach dem Normaldrucksintern im Temperaturbereich von {{4 }} Grad C, und dann in Luftdrucksintern wird im Temperaturbereich von 1800---2000 Grad durchgeführt. Der Zweck dieses Verfahrens besteht darin, Luftdruck zu verwenden, um die Verdichtung von Si3N4-Keramiken zu fördern, wodurch die Festigkeit der Keramiken verbessert wird. Die Eigenschaften der erhaltenen Produkte sind etwas schlechter als beim Heißpresssintern. Die Nachteile dieses Verfahrens ähneln denen des Heißpresssinterns.

(4) Gasdrucksinterverfahren (GPS)

In den letzten Jahren wurde viel zum Luftdrucksintern geforscht und große Fortschritte erzielt. Das Gasdrucksintern von Siliziumnitrid wird bei einer Temperatur von etwa 2000 Grad unter einem Druck von 1 ~ 10 MPa durchgeführt. Hoher Stickstoffdruck unterdrückt die Pyrolyse von Siliziumnitrid. Aufgrund der Verwendung von Hochtemperatursintern reicht die Zugabe von weniger Sinterhilfsmitteln aus, um das Wachstum von Si3N4-Körnern zu fördern und hochfeste Keramiken mit In-situ-Wachstum von langen säulenförmigen Körnern mit einer Dichte von > 99 Prozent zu erhalten. Daher kann das Luftdrucksintern im Labor eingesetzt werden. Es hat immer mehr Aufmerksamkeit in der Produktion erhalten. Gasdruckgesinterte Siliziumnitridkeramiken haben eine hohe Zähigkeit, eine hohe Festigkeit und eine gute Verschleißfestigkeit und können direkt verschiedene komplexe Formen nahe der endgültigen Form herstellen, wodurch die Produktions- und Verarbeitungskosten erheblich gesenkt werden können. Und sein Produktionsprozess kommt dem Hartmetallproduktionsprozess nahe, der für die Massenproduktion geeignet ist.

5. Forschungsstand

Für Si 3 N 4 - und Sialon-Keramik-Sinterkörper wurde ein Verfahren zum Formen durch Superplastizität ohne Bilden eines Verbundmaterials und Beibehalten eines einzelnen Zustands bereitgestellt, und ein gemäß dem Verfahren gebildeter Sinterkörper wird bereitgestellt. Siliziumnitrid- und Sialon-Sinterkörper mit einer relativen Dichte von mehr als 95 Prozent und einem Titer von 50 μm im zweidimensionalen Querschnitt des Sinterkörpers im Bereich von 120 bis 250; Die Kompression bewirkt, dass bei Dehnungsraten von weniger als 10-1/s eine plastische Verformung stattfindet. Der geformte Sinterkörper hat hervorragende mechanische Eigenschaften, insbesondere bei normaler Temperatur.

Si3N4-Keramik ist ein wichtiger Konstruktionswerkstoff. Es ist eine superharte Substanz, die Schmierfähigkeit und Verschleißfestigkeit aufweist; es reagiert nicht mit anderen anorganischen Säuren außer Flusssäure und hat eine starke Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit. Oxidation. Und es kann dem Schock von Kälte und Hitze widerstehen. Es kann an der Luft auf mehr als 1,000 Grad erhitzt werden und wird nach schnellem Abkühlen und schnellem Erhitzen nicht brechen. Gerade wegen der hervorragenden Eigenschaften der Si3N4-Keramik wird sie oft zur Herstellung von Lagern verwendet. , Gasturbinenschaufeln, Gleitringdichtungsringe, Kokillen und andere mechanische Komponenten. Wenn die Heizfläche von Motorkomponenten aus hochtemperaturbeständiger und schwer wärmeübertragbarer Siliziumnitridkeramik besteht, kann dies nicht nur die Qualität von Dieselmotoren verbessern, Kraftstoff sparen, sondern auch den thermischen Wirkungsgrad verbessern. . China, die Vereinigten Staaten, Japan und andere Länder haben diesen Dieselmotor entwickelt.

Prozess nach dem Sintern

Verarbeitungsausrüstung: Ausgestattet mit CNC-Graviermaschine, spitzenlosem Schleifen, Innen- und Außenrundschleifen, Flachschleifen, CNC-Drehmaschinen-Bearbeitungszentrum, Drahtschneiden, Drehen, Fräsen, Schleifen und anderen hochpräzisen Produktions- und Prüfgeräten.

Formen und Inspektionsvorrichtungen

1. Lebensdauer der Form: in der Regel semipermanent. (außer verlorener Schaum).

2. Lieferzeit der Form: 10-25 Tage (je nach Produktstruktur und Produktgröße).

3. Werkzeug- und Formenwartung: Zhongwei ist für Präzisionsteile verantwortlich.

Qualitätskontrolle

1. Qualitätskontrolle: Die Fehlerquote beträgt weniger als 0,1 Prozent .

2. Muster und Probelauf werden während der Produktion und vor dem Versand zu 100 Prozent geprüft, Musterprüfung für die Massenproduktion gemäß ISDO-Standards oder Kundenanforderungen.

3. Testgerät: Rundheitsmessgerät, Dreikoordinatenmessgerät, Bildkoordinatenmessgerät, Hexagon-Dreikoordinatenmessgerät, Bildmessgerät, Dichtemessgerät, Glättemessgerät, Mikro-Vickers-Härteprüfgerät.

Anwendung

Unter Ausnutzung des geringen Gewichts und der Steifigkeit von Si3N4 kann es zur Herstellung von Kugellagern verwendet werden, die eine höhere Präzision als Metalllager aufweisen, weniger Wärme erzeugen und bei höheren Temperaturen und korrosiven Medien betrieben werden können. Die Dampfdüsen aus Si3N4-Keramik haben die Eigenschaften Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit. Sie haben keine offensichtlichen Schäden, nachdem sie mehrere Monate in einem 650-Grad-Kessel verwendet wurden, während andere hitze- und korrosionsbeständige Düsen aus legiertem Stahl nur 1-2 Monate unter den gleichen Bedingungen verwendet werden können. Die .Si3N4-Glühkerze, die gemeinsam vom Shanghai Institute of Silicate, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, dem Shanghai Institute of Internal Combustion Engine, dem Ministerium für Elektrotechnik und Maschinenbau und Zhongwei Precision entwickelt wurde, löst das Problem des schwierigen Kaltstarts von Dieselmotoren und ist für den Direktbetrieb geeignet Dieselmotoren mit oder ohne Direkteinspritzung. Diese Glühkerze ist die fortschrittlichste und ideale Zündvorrichtung für Dieselmotoren, die heute erhältlich ist. Das Japan Institute of Atomic Energy und Mitsubishi Heavy Industries haben erfolgreich eine neue Rohölpumpe mit einem Rotor entwickelt, der aus 11 Si3N4-Keramikplatten im Pumpengehäuse besteht. Da die Pumpe einen Si3N4-Keramikrotor mit kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten und präzisem Luftlager verwendet, kann sie ohne Schmierung und Kühlmittel normal betrieben werden. Wenn diese Pumpe mit einer Ultravakuumpumpe wie einer Turbomolekularpumpe kombiniert wird, kann ein Vakuumsystem gebildet werden, das für Kernfusionsreaktoren oder Halbleiterverarbeitungsanlagen geeignet ist.

Dies sind nur einige Anwendungsbeispiele von Si3N4-Keramik als Strukturwerkstoff. Es wird angenommen, dass mit der Verbesserung der Herstellungs-, Form-, Sinter- und Verarbeitungstechnologie von Si3N4-Pulver seine Leistung und Zuverlässigkeit weiter verbessert und Siliziumnitridkeramiken weiter verbreitet werden. Aufgrund der Verbesserung der Reinheit von Si3N4-Rohstoffen, der rasanten Entwicklung der Si3N4-Pulverformtechnologie und der Sintertechnologie sowie der kontinuierlichen Erweiterung der Anwendungsfelder nimmt Si3N4 als technische Strukturkeramik eine immer wichtigere Position in der Industrie ein. Si3N4-Keramik verfügt über hervorragende umfassende Eigenschaften und reichlich vorhandene Ressourcen und ist ein ideales Hochtemperatur-Strukturmaterial mit breiten Anwendungsfeldern und Märkten, und alle Länder der Welt konkurrieren um Forschung und Entwicklung. Keramische Materialien haben die Eigenschaften Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit und geringes spezifisches Gewicht, die schwer mit allgemeinen Metallmaterialien zu vergleichen sind. Siliziumnitrid-Keramikteile können der rauen Arbeitsumgebung standhalten, für die Metall- oder Polymermaterialien nicht geeignet sind, und Siliziumnitrid-Keramikteile haben breite Anwendungsperspektiven. Nach Metallwerkstoffen und Polymerwerkstoffen ist es zum wichtigsten Grundmaterial für die Säulenindustrie im 21. Jahrhundert und zu einem der aktivsten Forschungsgebiete geworden. Heute messen Länder auf der ganzen Welt seiner Forschung und Entwicklung große Bedeutung bei. Als wichtiges Mitglied der Familie der Hochtemperatur-Strukturkeramiken weisen die ersten Si3N4-Keramiken hervorragende mechanische Eigenschaften, thermische Eigenschaften und chemische Stabilität auf als andere Hochtemperatur-Strukturkeramiken wie Oxidkeramiken und Carbidkeramiken. Sie gelten daher als die vielversprechendsten Materialien in der Hochtemperatur-Strukturkeramik.