Keramické diely z nitridu kremíka

Keramika z nitridu kremíka je keramika z anorganického materiálu, ktorá sa pri spekaní nezmršťuje. Nitrid kremíka je veľmi pevný, najmä za tepla lisovaný nitrid kremíka, ktorý je jednou z najtvrdších látok na svete. Keramické diely z nitridu kremíka majú vlastnosti vysokej pevnosti, nízkej hustoty a odolnosti voči vysokej teplote.

Keramika Si3N4 je zlúčenina s kovalentnou väzbou, základnou štruktúrnou jednotkou je štvorsten [SiN4], atóm kremíka sa nachádza v strede štvorstenu a okolo neho sú štyri atómy dusíka, ktoré sa nachádzajú v štyroch vrcholoch štvorstenu, a potom každé tri Každý štvorsten zdieľa formu atómu, čím vytvára súvislú a pevnú sieťovú štruktúru v trojrozmernom priestore.

Spoločnosť Zhongwei Precision sa zaviazala poskytovať domácim a zahraničným zákazníkom pokročilú keramiku s vysokou pevnosťou, vysokou húževnatosťou, odolnosťou proti opotrebeniu, odolnosťou proti korózii a vysokou teplotnou odolnosťou. Je to high-tech podnik integrujúci výskum a vývoj, výrobu a predaj priemyselných presných pokročilých keramických výrobkov v oblasti presnej keramiky. S rôznymi modernými vysoko presnými zariadeniami nezávisle realizovala dokončenie celého výrobného procesu keramických dielov od prípravy keramického prášku, formovania zeleného telesa, vysokoteplotného spekania až po konečnú úpravu keramického materiálu.

Produkt Deskripcia

1. Implementačné normy: spoločnosť prísne implementuje certifikáciu ISO9001 a produkty prešli certifikáciou ROHS, FDA EÚ atď.

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

3. Hlavné procesy: škárovanie, vstrekovanie, odlievanie pásky, izostatické lisovanie, 3D tlač

4. Dostupné materiály pre keramiku:

Vyrába predovšetkým hotové keramické tyče, keramické rúrky, keramické krúžky, keramické platne, keramické prísavky, keramické čepele a iné špeciálne tvarované keramické konštrukcie. Hlavnými keramickými materiálmi sú oxid hlinitý, oxid zirkoničitý, karbid kremíka, nitrid kremíka a keramika z nitridu hliníka. Odolnosť voči vysokej teplote, odolnosť proti opotrebovaniu, odolnosť proti korózii, odolnosť voči kyselinám a zásadám, antimagnetická, odolnosť voči tlaku. A 3D tlač atď. sú prispôsobené podľa požiadaviek zákazníka.

Kombinovaná trubica, jej vysoká odolnosť proti opotrebeniu účinne odoláva opotrebeniu materiálu a nárazom.

Spôsob prípravy a aktuálna situácia produktu

1. Základné vlastnosti

Mnohé z vlastností nitridu kremíka sú spôsobené touto štruktúrou. Čistý Si3N4 je 3119, s dvoma kryštálovými štruktúrami a , pričom obe sú šesťuholníkové. Jeho teplota rozkladu je 1800 stupňov na vzduchu a 1850 stupňov v 011MPa dusíku. Si3N4 má nízky koeficient tepelnej rozťažnosti a vysokú tepelnú vodivosť, takže má vynikajúcu odolnosť proti tepelným šokom. Za tepla lisovaný spekaný nitrid kremíka sa nerozbije ani pri zahriatí na 1000 stupňov a vložení do studenej vody. Pri nie príliš vysokej teplote má Si3N4 vysokú pevnosť a odolnosť proti nárazu, ale pri predĺžení doby používania nad 1200 stupňov sa poškodí, čím sa zníži jeho pevnosť a je náchylnejší na poškodenie únavou nad 1450 stupňov, takže prevádzková teplota Si3N4 vo všeobecnosti nepresahuje 1300 stupňov. Vďaka nízkej teoretickej hustote Si3N4 je oveľa ľahší ako oceľ a inžinierska superzliatina. Preto na miestach, ktoré vyžadujú materiály s vysokou pevnosťou, nízkou hustotou, odolnosťou voči vysokej teplote a inými vlastnosťami, je použitie keramických dielov z nitridu kremíka na nahradenie legovanej ocele inou dobou. Je to viac než vhodné.

2. Vlastnosti materiálu

Ako vynikajúci vysokoteplotný inžiniersky materiál môže keramický materiál Si3N4 hrať najväčšiu výhodu pri jeho aplikácii v oblasti vysokých teplôt. Budúci smer vývoja Si3N4 je: (1) poskytnúť plnú hru a využiť vynikajúce vlastnosti samotného Si3N4; (2) vyvinúť niektoré nové tavivá pri spekaní prášku Si3N4 a preskúmať a kontrolovať najlepšie zložky existujúcich tavív; (3) zlepšiť proces mletia, tvarovania a spekania; ⑷ vývoj kompozitu Si3N4 a SiC a ďalších materiálov s cieľom vyrábať vysokovýkonnejšie kompozitné materiály. Aplikácia keramiky Si3N4 v automobilových motoroch vytvorila novú situáciu pre vývoj nových vysokoteplotných konštrukčných materiálov. Samotný automobilový priemysel je multidisciplinárny priemysel, ktorý spája kulmináciu rôznych technológií. Čína je staroveká civilizácia s dlhou históriou a dosiahla vynikajúce úspechy v histórii vývoja keramiky. S procesom reforiem a otvorením sa jedného dňa aj Čína bude musieť zaradiť medzi hlavné krajiny svetového automobilového priemyslu a vytvoriť väčšiu slávu pre rozvoj keramického priemyslu.

Je extrémne odolný voči vysokej teplote a jeho pevnosť môže byť udržiavaná pri vysokej teplote 1200 stupňov bez zníženia. Po zahriatí sa neroztopí na taveninu a nerozloží sa až do 1900 stupňov. A roztok hydroxidu sodného pod 30 percent, môže tiež odolávať korózii mnohých organických kyselín; zároveň je to vysokovýkonný elektroizolačný materiál.

3. Procesná metóda

Vyrába sa zo silikónového prášku ako suroviny, ktorý sa najskôr formuje do požadovaného tvaru bežnou lisovacou metódou a predbežná nitridácia sa vykonáva v dusíku pri vysokej teplote 1200 stupňov C, takže časť kremíkového prášku reaguje s dusíkom za vzniku nitridu kremíka. Celé telo už má určitú silu. Potom sa uskutoční druhá nitridácia vo vysokoteplotnej peci 1350 °C ~ 1450 °C, aby sa zreagoval na nitrid kremíka. Nitrid kremíka s teoretickou hustotou 99 percent možno získať spekaním lisovaním za tepla.

4. Spôsob prípravy

Technológia prípravy keramických dielov z nitridu kremíka sa v posledných rokoch rýchlo rozvinula. Technológia prípravy sa zameriava najmä na metódu reakčného spekania, metódu spekania lisovaním za tepla, metódu spekania pri atmosférickom tlaku, metódu spekania za tlaku vzduchu a iné typy. V dôsledku rôznych procesov prípravy majú rôzne typy keramiky z nitridu kremíka rôzne mikroštruktúry (ako je pórovitosť a morfológia pórov, morfológia zŕn, medzikryštalická morfológia a obsah medzikryštalickej druhej fázy atď.). Preto sa výkon značne líši. Aby sa získali keramické materiály Si3N4 s vynikajúcim výkonom, mal by sa najskôr pripraviť vysokokvalitný prášok Si3N4. Kvalita prášku Si3N4 pripraveného rôznymi metódami nie je úplne rovnaká, čo vedie k rozdielom v jeho použití a zlyhanie mnohých aplikácií keramických materiálov sa často pripisuje. Pretože vývojári nerozumejú rozdielom medzi rôznymi keramickými práškami, majú nedostatočné pochopenie ich vlastností. Všeobecne povedané, vysoko kvalitný prášok Si3N4 by mal mať vlastnosti vysokého obsahu fázy, rovnomerného zloženia, malého množstva nečistôt a rovnomernej distribúcie v keramike, malej veľkosti častíc a úzkej distribúcie veľkosti častíc a dobrej dispergovateľnosti. Fáza v dobrom prášku Si3N4 by mala tvoriť aspoň 90 percent, pretože počas procesu spekania Si3N4 sa časť fázy premení na fázu a nie je dostatok fázového obsahu, čo zníži pevnosť keramického materiálu. .

(1) Metóda reakčného spekania (RS)

Je prijatá všeobecná metóda formovania. Najskôr sa kremíkový prášok vylisuje do surového telesa požadovaného tvaru a potom sa umiestni do nitridačnej pece na prednitridačné (čiastočné nitridovanie) spekanie. Prednitridované zelené telo má určitú pevnosť a môže byť vykonávané rôznymi mechanickými opracovaniami (ako sú sústruženie, hobľovanie, frézovanie, vŕtanie). Nakoniec pri teplote nad teplotou topenia kremíka; surové teleso je opäť úplne nitridované a spekané, aby sa získali produkty s malou rozmerovou zmenou (tj po spekaní surového telesa, rýchlosť zmrštenia je veľmi malá, lineárna miera zmrštenia je < 011="" percent).="" produkt="" je="" možné="" použiť="" bez="" brúsenia.="" metóda="" reakčného="" spekania="" je="" vhodná="" na="" výrobu="" súčiastok="" zložitých="" tvarov="" a="" presných="" rozmerov="" a="" náklady="" sú="" tiež="" nízke,="" ale="" čas="" nitridácie="" je="" veľmi="">

(2) Spekanie lisovaním za tepla (HPS)

Prášok Si3N4 a malé množstvo prísad (ako MgO, Al2O3, MgF2, Fe2O3 atď.) sa lisuje za tepla a speká pri tlaku nad 1916 MPa a teplote nad 1600 stupňov. Za tepla lisovaná spekaná keramika Si3N4 používaná niektorými spoločnosťami v Spojenom kráľovstve a Spojených štátoch má pevnosť až 981 MPa alebo viac. Aditíva a fázové zloženie počas spekania majú veľký vplyv na vlastnosti produktu. Vďaka prísnej kontrole zloženia fázy na hranici zŕn a správnemu tepelnému spracovaniu po spekaní keramiky Si3N4, keramické materiály série Si3N4, ktorých pevnosť sa výrazne nezníži ani pri teplote až 1300 stupňov (až 490 MPa alebo viac). ) a odolnosť proti tečeniu Denaturácia sa môže zlepšiť o tri rády. Ak je keramický materiál Si3N4 predoxidovaný pri vysokej teplote 1400---1500 stupňa, na povrchu keramického materiálu sa vytvorí fáza Si2N2O, čo môže výrazne zlepšiť odolnosť proti oxidácii a pevnosť keramiky Si3N4 pri vysokej teplote. . Mechanické vlastnosti keramiky Si3N4 vyrobenej lisovaním za tepla spekaním sú lepšie ako vlastnosti reakčného spekania Si3N4, s vysokou pevnosťou a vysokou hustotou. Výrobné náklady sú však vysoké a spekacie zariadenie je zložité. Vzhľadom na veľké zmrštenie spekaného telesa je rozmerová presnosť výrobku do určitej miery obmedzená. Je ťažké vyrobiť zložité diely. Vyrábať sa dajú len diely s jednoduchými tvarmi a náročné je aj opracovanie obrobku.

(3) Metóda spekania pri atmosférickom tlaku (PLS)

Z hľadiska zvyšovania tlaku spekacej dusíkovej atmosféry sa teplota rozkladu Si3N4 zvyšuje (zvyčajne pod tlakom N2=1atm, od 1800 stupňov C do rozkladu), po normálnom tlakovom spekaní v rozsahu teplôt {{4} }} stupňa C a potom sa spekanie za tlaku vzduchu vykonáva v teplotnom rozsahu 1800---2000 stupňov. Účelom tejto metódy je použiť tlak vzduchu na podporu zhutňovania keramiky Si3N4, čím sa zlepší pevnosť keramiky. Vlastnosti získaných produktov sú o niečo nižšie ako vlastnosti spekania lisovaním za tepla. Nevýhody tejto metódy sú podobné ako pri spekaní lisovaním za tepla.

(4) Metóda tlakového spekania (GPS)

V posledných rokoch ľudia vykonali veľa výskumov v oblasti tlakového spekania a dosiahli veľký pokrok. Plynové tlakové spekanie nitridu kremíka sa vykonáva pri teplote asi 2000 stupňov pod tlakom 1 ~ 10 MPa. Vysoký tlak dusíka potláča pyrolýzu nitridu kremíka. Vďaka použitiu spekania pri vysokej teplote postačuje pridanie menšieho množstva pomocných prostriedkov na spekanie na podporu rastu zŕn Si3N4 a získanie keramiky s vysokou húževnatosťou s rastom dlhých stĺpcových zŕn in situ s hustotou > 99 percent. Preto môže byť spekanie pod tlakom vzduchu použité v laboratóriu. Vo výrobe sa mu venuje stále viac pozornosti. Keramika sintrovaná nitridom kremíka pod tlakom plynu má vysokú húževnatosť, vysokú pevnosť a dobrú odolnosť proti opotrebeniu a môže priamo produkovať rôzne zložité tvary blízko konečného tvaru, čo môže výrazne znížiť výrobné náklady a náklady na spracovanie. A jeho výrobný proces je blízky výrobnému procesu slinutého karbidu, vhodný pre hromadnú výrobu.

5. Stav výskumu

Pre keramické spekané telesá Si3N4 a Sialon bol poskytnutý spôsob tvarovania superplasticitou bez tvarovania kompozitného materiálu a udržiavania jedného stavu a poskytuje sa spekané teleso vytvorené podľa tohto procesu. nitrid kremíka a spekané teleso sialonu s relatívnou hustotou viac ako 95 percent a lineárnou hustotou 50 μm v dvojrozmernom priereze spekaného telesa v rozsahu 120 až 250; Kompresia spôsobuje plastickú deformáciu pri rýchlosti deformácie menšej ako 10-1/s. Formované spekané teleso má vynikajúce mechanické vlastnosti najmä pri normálnej teplote.

Keramika Si3N4 je dôležitým konštrukčným materiálom. Je to supertvrdá látka, ktorá má klzkosť a odolnosť proti opotrebovaniu; nereaguje s inými anorganickými kyselinami okrem kyseliny fluorovodíkovej a má silnú odolnosť proti korózii a odolnosť voči vysokej teplote. Oxidácia. A dokáže odolať šoku z chladu a tepla. Na vzduchu sa môže zahriať na viac ako 1,000 stupeň a po rýchlom ochladení a rýchlom zahriatí sa nerozbije. Práve pre vynikajúce vlastnosti keramiky Si3N4 ju ľudia často používajú na výrobu ložísk. , lopatky plynových turbín, mechanické tesniace krúžky, trvalé formy a iné mechanické komponenty. Ak je vykurovacia plocha komponentov motora vyrobená z keramiky z nitridu kremíka, ktorá je odolná voči vysokej teplote a ťažko prenáša teplo, môže to nielen zlepšiť kvalitu dieselových motorov, ušetriť palivo, ale aj zlepšiť tepelnú účinnosť. . Čína, Spojené štáty, Japonsko a ďalšie krajiny vyvinuli tento dieselový motor.

Proces po spekaní

Vybavenie na spracovanie: vybavené CNC gravírovacím strojom, bezhrotovým brúsením, vnútorným a vonkajším valcovým brúsením, povrchovým brúsením, CNC sústruhovým obrábacím centrom, drôtovým rezaním, sústružením, frézovaním, brúsením a inými vysoko presnými výrobnými a testovacími zariadeniami.

Formy a kontrolné prípravky

1. Životnosť formy: zvyčajne semipermanentná. (okrem stratenej peny).

2. Dodacia lehota formy: 10-25 dní (podľa štruktúry produktu a veľkosti produktu).

3. Údržba nástrojov a foriem: Zhongwei je zodpovedný za presné diely.

Kontrola kvality

1. Kontrola kvality: chybovosť je nižšia ako 0,1 percenta .

2. Vzorky a skúšobná prevádzka budú 100% kontrolované počas výroby a pred odoslaním, kontrola vzoriek pre sériovú výrobu podľa noriem ISDO alebo požiadaviek zákazníka.

3. Skúšobné vybavenie: prístroj na meranie kruhovitosti, trojsúradnicový prístroj na meranie, prístroj na meranie súradníc obrazu, prístroj na meranie troch súradníc Hexagon, prístroj na meranie obrazu, prístroj na meranie hustoty, prístroj na meranie hladkosti, mikro tvrdomer Vickers.

Aplikácia

S využitím nízkej hmotnosti a tuhosti Si3N4 je možné ho použiť na výrobu guľôčkových ložísk, ktoré majú vyššiu presnosť ako kovové ložiská, generujú menej tepla a môžu pracovať pri vyšších teplotách a korozívnych médiách. Parné trysky vyrobené z keramiky Si3N4 sa vyznačujú odolnosťou proti opotrebovaniu a tepelnou odolnosťou. Po niekoľkomesačnom používaní v 650-stupňovom kotli nemajú žiadne zjavné poškodenie, zatiaľ čo iné dýzy z legovanej ocele odolné voči teplu a korózii možno za rovnakých podmienok používať iba 1-2 mesiacov. .Žhaviaca sviečka Si3N4 spoločne vyvinutá Šanghajským inštitútom silikátov, Čínska akadémia vied, Šanghajským inštitútom spaľovacích motorov, Ministerstvom elektrotechniky a strojárstva a Zhongwei Precision rieši problém ťažkého studeného štartovania dieselových motorov a je vhodná pre priame dieselové motory so vstrekovaním alebo bez priameho vstrekovania. Táto žeraviaca sviečka je najpokročilejšie a ideálne zapaľovacie zariadenie na naftový motor, ktoré je dnes k dispozícii. Japonský inštitút pre atómovú energiu a Mitsubishi Heavy Industries úspešne vyvinuli nové čerpadlo na ropu s rotorom zloženým z 11 keramických otočných tanierov Si3N4 v plášti čerpadla. Pretože čerpadlo využíva keramický rotor Si3N4 s malým koeficientom tepelnej rozťažnosti a presným vzduchovým ložiskom, môže normálne fungovať bez mazania a chladiaceho média. Ak je toto čerpadlo kombinované s ultravákuovým čerpadlom, ako je turbo-molekulárne čerpadlo, môže sa vytvoriť vákuový systém vhodný pre jadrové fúzne reaktory alebo zariadenia na spracovanie polovodičov.

Vyššie uvedené je len niekoľko príkladov použitia keramiky Si3N4 ako konštrukčných materiálov. Predpokladá sa, že so zlepšením technológie výroby prášku Si3N4, lisovania, spekania a spracovania sa bude jeho výkon a spoľahlivosť naďalej zlepšovať a keramika z nitridu kremíka sa bude viac používať. Vďaka zlepšovaniu čistoty surovín Si3N4, rýchlemu vývoju technológie práškového lisovania Si3N4 a technológie spekania a neustálemu rozširovaniu aplikačných oblastí zaujíma Si3N4 čoraz významnejšiu pozíciu v priemysle ako inžinierska konštrukčná keramika. Keramika Si3N4 má vynikajúce komplexné vlastnosti a bohaté zdroje a je ideálnym vysokoteplotným konštrukčným materiálom so širokými oblasťami použitia a trhmi a všetky krajiny sveta súťažia o výskum a vývoj. Keramické materiály majú vlastnosti odolnosti proti opotrebeniu, korózii, vysokej teplote, odolnosti voči oxidácii, odolnosti voči tepelným šokom a nízkej špecifickej hmotnosti, ktoré je ťažké porovnávať so všeobecnými kovovými materiálmi. Keramické diely z nitridu kremíka dokážu odolať drsnému pracovnému prostrediu, ktorého nie sú schopné kovové alebo polymérne materiály, a keramické diely z nitridu kremíka majú široké možnosti použitia. Po kovových materiáloch a polymérnych materiáloch sa stal kľúčovým základným materiálom podporujúcim pilierový priemysel v 21. storočí a stal sa jednou z najaktívnejších oblastí výskumu. V súčasnosti krajiny po celom svete prikladajú veľký význam jeho výskumu a vývoju. Ako dôležitý člen rodiny vysokoteplotnej stavebnej keramiky Prvá keramika Si3N4 má lepšie mechanické vlastnosti, tepelné vlastnosti a chemickú stabilitu ako iná vysokoteplotná stavebná keramika, ako je oxidová keramika a karbidová keramika. Preto sú považované za najsľubnejšie materiály vo vysokoteplotnej stavebnej keramike.