Keramički dijelovi od silicij nitrida

Silicij nitrid keramika je keramika od anorganskog materijala koja se ne skuplja tijekom sinteriranja. Silicijev nitrid je vrlo čvrst, posebno toplo prešani silicijev nitrid, koji je jedna od najtvrđih tvari na svijetu. Keramički dijelovi od silicijevog nitrida imaju svojstva visoke čvrstoće, niske gustoće i otpornosti na visoke temperature.

Si3N4 keramika je spoj kovalentne veze, osnovna strukturna jedinica je [SiN4] tetraedar, atom silicija nalazi se u središtu tetraedra, a oko njega su četiri atoma dušika koji se nalaze na četiri vrha tetraedra, a zatim svaka tri. Svaki tetraedar dijeli oblik atoma, tvoreći kontinuiranu i čvrstu mrežnu strukturu u trodimenzionalnom prostoru.

Zhongwei Precision je predan pružanju domaćih i stranih kupaca napredne keramike visoke čvrstoće, visoke žilavosti, otpornosti na trošenje, otpornosti na koroziju i otpornosti na visoke temperature. To je visokotehnološko poduzeće koje integrira istraživanje i razvoj, proizvodnju i prodaju naprednih industrijskih preciznih keramičkih proizvoda u području precizne keramike. Uz niz suvremene visokoprecizne opreme, samostalno je realizirao dovršetak cjelokupnog procesa proizvodnje keramičkih dijelova od pripreme keramičkog praha, kalupljenja u zelenom tijelu, visokotemperaturnog sinteriranja do završne obrade keramičkog materijala.

Proizvod Deskripacija

1. Standardi implementacije: tvrtka striktno provodi certifikat ISO9001, a proizvodi su prošli ROHS, FDA EU certifikat itd.

2. Standardi za materijale proizvoda: ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Glavni procesi: fugiranje, injekcijsko prešanje, lijevanje trake, izostatičko prešanje, 3D ispis

4. Dostupni materijali za keramiku:

Uglavnom proizvodi gotove keramičke šipke, keramičke cijevi, keramičke prstenove, keramičke ploče, keramičke vakuumske čašice, keramičke oštrice i druge keramičke strukture posebnog oblika. Glavni keramički materijali su aluminijev oksid, cirkonijev oksid, silicij karbid, silicij nitrid i aluminij nitrid keramika. Otpornost na visoke temperature, otpornost na habanje, otpornost na koroziju, otpornost na kiseline i lužine, antimagnetizam, otpornost na pritisak. I 3D ispis, itd. prilagođeni su zahtjevima kupaca.

Kombinirana cijev, njena visoka otpornost na trošenje učinkovito se odupire trošenju materijala i udarcima.

Način pripreme i trenutno stanje proizvoda

1. Osnovna svojstva

Mnoga svojstva silicijevog nitrida su zahvaljujući ovoj strukturi. Čisti Si3N4 je 3119, s dvije kristalne strukture od i , od kojih su obje heksagonalne. Njegova temperatura raspadanja je 1800 stupnjeva u zraku i 1850 stupnjeva u dušiku od 011 MPa. Si3N4 ima nizak koeficijent toplinske ekspanzije i visoku toplinsku vodljivost, tako da ima izvrsnu otpornost na toplinski udar. Vruće prešani sinterirani silicijev nitrid neće se slomiti čak ni kada se zagrije na 1000 stupnjeva i stavi u hladnu vodu. Na ne previsokoj temperaturi, Si3N4 ima visoku čvrstoću i otpornost na udarce, ali će se oštetiti s povećanjem vremena upotrebe iznad 1200 stupnjeva, smanjujući njegovu čvrstoću, a skloniji je oštećenju od zamora iznad 1450 stupnjeva, tako da Si3N4 radna temperatura općenito ne prelazi 1300 stupnjeva. Zbog niske teorijske gustoće Si3N4 mnogo je lakši od čelika i inženjerskog superlegiranog čelika. Stoga, na onim mjestima koja zahtijevaju materijale visoke čvrstoće, niske gustoće, otpornosti na visoke temperature i druga svojstva za korištenje keramičkih dijelova od silicij nitrida za zamjenu legiranog čelika drugi je put. Više je nego primjereno.

2. Svojstva materijala

Kao izvrstan inženjerski materijal za visoke temperature, Si3N4 keramički materijal može imati najveću prednost u svojoj primjeni u polju visokih temperatura. Smjer budućeg razvoja Si3N4 je: (1) dati puni prostor i iskoristiti izvrsne karakteristike samog Si3N4; (2) razviti neke nove topioce kada se prah Si3N4 sinterira, te istražiti i kontrolirati najbolje komponente postojećih topitelja; (3) poboljšati proces mljevenja, oblikovanja i sinteriranja; ⑷ razviti kompozit od Si3N4 i SiC i drugih materijala kako bi se proizvelo više kompozitnih materijala visokih performansi. Primjena Si3N4 keramike u automobilskim motorima stvorila je novu situaciju za razvoj novih visokotemperaturnih konstrukcijskih materijala. Sama automobilska industrija je multidisciplinarna industrija koja kombinira vrhunac različitih tehnologija. Kina je drevna civilizacija s dugom poviješću i postigla je briljantna postignuća u povijesti razvoja keramike. S procesom reforme i otvaranja, jednog dana, Kina će se također svrstati među glavne zemlje u svjetskoj automobilskoj industriji i stvoriti veću slavu za razvoj keramičke industrije.

Izuzetno je otporan na visoke temperature, a njegova čvrstoća može se održati na visokoj temperaturi od 1200 stupnjeva bez smanjenja. Neće se rastopiti u talinu nakon zagrijavanja i neće se razgraditi do 1900 stupnjeva. I otopina kaustične sode ispod 30 posto, također može odoljeti koroziji mnogih organskih kiselina; u isto vrijeme, to je visokoučinkoviti električni izolacijski materijal.

3. Procesna metoda

Izrađuje se od silicijskog praha kao sirovine, koji se uobičajenom metodom prešanja prvo oblikuje u željeni oblik, a prethodna nitracija se provodi u dušiku na visokoj temperaturi od 1200 stupnjeva C, tako da dio silicij praha reagira s dušikom da nastane silicijev nitrid. Cijelo tijelo već ima određenu snagu. Zatim se druga nitracija provodi u visokotemperaturnoj peći od 1350 stupnjeva ~1450 stupnjeva kako bi se reagiralo u silicijev nitrid. Silicijev nitrid s teoretskom gustoćom od 99 posto može se dobiti sinteriranjem na vruće prešanje.

4. Način pripreme

Tehnologija pripreme keramičkih dijelova od silicijevog nitrida brzo se razvila u posljednjih nekoliko godina. Tehnologija pripreme uglavnom se fokusira na metodu reakcijskog sinteriranja, metodu sinteriranja vrućim prešanjem, metodu sinteriranja pod atmosferskim tlakom, metodu sinteriranja pod zračnim tlakom i druge vrste. Zbog različitih postupaka pripreme, razne vrste keramike od silicijevog nitrida imaju različite mikrostrukture (kao što su poroznost i morfologija pora, morfologija zrna, intergranularna morfologija i intergranularni sadržaj druge faze, itd.). Stoga izvedba uvelike varira. Kako bi se dobili Si3N4 keramički materijali s izvrsnim performansama, prvo treba pripremiti visokokvalitetni Si3N4 prah. Kvaliteta Si3N4 praha pripremljenog različitim metodama nije potpuno ista, što dovodi do razlika u njegovoj upotrebi, a neuspjeh mnogih primjena keramičkih materijala često se pripisuje tome. Budući da programeri ne razumiju razlike između raznih keramičkih prahova, nemaju dovoljno razumijevanje njihovih svojstava. Općenito govoreći, visokokvalitetni prah Si3N4 trebao bi imati karakteristike visokog sadržaja faze, ujednačenog sastava, malo nečistoća i ravnomjerne raspodjele u keramici, male veličine čestica i uske raspodjele veličine čestica i dobru disperzibilnost. Faza u dobrom prahu Si3N4 trebala bi iznositi najmanje 90 posto, jer će se tijekom procesa sinteriranja Si3N4 dio faze pretvoriti u fazu, a nema dovoljno faze, što će smanjiti čvrstoću keramičkog materijala. .

(1) Metoda reakcijskog sinteriranja (RS)

Usvojena je opća metoda oblikovanja. Najprije se prah silicija preša u zeleno tijelo željenog oblika, a zatim se stavlja u peć za nitriranje za sinteriranje pred nitriranje (djelomično nitriranje). Prethodno nitrirano zeleno tijelo ima određenu čvrstoću i može se izvoditi različite mehaničke obrade (kao što su tokarenje, blanjanje, glodanje, bušenje). Konačno, na temperaturi iznad tališta silicija; sirovo tijelo je ponovno potpuno nitrirano i sinterirano kako bi se dobili proizvodi s malim promjenama dimenzija (tj. nakon sinteriranja sirovog tijela, stopa skupljanja je vrlo mala, linearna stopa skupljanja je < 011="" posto).="" proizvod="" se="" može="" koristiti="" bez="" mljevenja.="" metoda="" reakcijskog="" sinteriranja="" prikladna="" je="" za="" izradu="" dijelova="" složenih="" oblika="" i="" preciznih="" dimenzija,="" a="" cijena="" je="" također="" niska,="" ali="" je="" vrijeme="" nitriranja="" vrlo="">

(2) Sinteriranje vrućim prešanjem (HPS)

Prah Si3N4 i mala količina aditiva (kao što su MgO, Al2O3, MgF2, Fe2O3, itd.) su vruće prešani i sinterirani pri tlaku iznad 1916 MPa i temperaturi iznad 1600 stupnjeva. Vruće prešana sinterirana Si3N4 keramika koju koriste neke tvrtke u Ujedinjenom Kraljevstvu i Sjedinjenim Državama ima čvrstoću čak 981 MPa ili više. Aditivi i fazni sastav tijekom sinteriranja imaju veliki utjecaj na svojstva proizvoda. Zbog stroge kontrole sastava faze granica zrna i pravilne toplinske obrade nakon sinteriranja keramike Si3N4, keramički materijali serije Si3N4 čija se čvrstoća neće značajno smanjiti čak ni kada je temperatura visoka do 1300 stupnjeva (do 490 MPa ili više ), a otpornost na puzanje Denaturacija se može poboljšati za tri reda veličine. Ako se Si3N4 keramički materijal prethodno oksidira na visokoj temperaturi od 1400---1500 stupnjeva, Si2N2O faza će se formirati na površini keramičkog materijala, što može značajno poboljšati otpornost na oksidaciju i visokotemperaturnu čvrstoću Si3N4 keramike. . Mehanička svojstva Si3N4 keramike proizvedene sinteriranjem vrućim prešanjem bolja su od onih reakcijskog sinteriranja Si3N4, uz visoku čvrstoću i veliku gustoću. Međutim, troškovi proizvodnje su visoki, a oprema za sinteriranje složena. Zbog velikog skupljanja sinteriranog tijela, točnost dimenzija proizvoda je ograničena do određene mjere. Teško je proizvesti složene dijelove. Mogu se proizvesti samo dijelovi jednostavnih oblika, a teška je i strojna obrada izratka.

(3) Metoda sinteriranja pri atmosferskom tlaku (PLS)

Što se tiče povećanja tlaka atmosfere dušika za sinteriranje, temperatura razgradnje Si3N4 raste (obično pod tlakom N2=1atm, od 1800 stupnjeva C do razgradnje), nakon normalnog tlaka sinteriranja u temperaturnom rasponu od {{4 }} stupnjeva C, a zatim se u zračnom tlaku sinteriranje provodi u temperaturnom rasponu od 1800---2000 stupnjeva . Svrha ove metode je korištenje tlaka zraka za poticanje zgušnjavanja Si3N4 keramike, čime se poboljšava čvrstoća keramike. Svojstva dobivenih proizvoda nešto su niža od onih kod sinteriranja toplim prešanjem. Nedostaci ove metode slični su sinteriranju vrućim prešanjem.

(4) Metoda sinteriranja pod pritiskom plina (GPS)

Posljednjih godina ljudi su proveli mnogo istraživanja o sinteriranju pod zračnim pritiskom i postigli veliki napredak. Sinteriranje silicijeva nitrida pod tlakom plina provodi se na temperaturi od oko 2000 stupnjeva pod tlakom od 1 ~ 10 MPa. Visoki tlak dušika suzbija pirolizu silicijevog nitrida. Zbog upotrebe visokotemperaturnog sinteriranja, dodavanje manje pomoćnih sredstava za sinteriranje dovoljno je za promicanje rasta Si3N4 zrna i dobivanje keramike visoke žilavosti s in situ rastom dugih stupčastih zrna s gustoćom > 99 posto. Stoga se sinteriranje pod zračnim tlakom može koristiti u laboratoriju. U proizvodnji se posvećuje sve više pažnje. Keramika od silicijevog nitrida sinterirana pod pritiskom plina ima visoku žilavost, visoku čvrstoću i dobru otpornost na habanje i može izravno proizvesti različite složene oblike blizu konačnog oblika, što može uvelike smanjiti proizvodne troškove i troškove obrade. A njegov proizvodni proces je blizak procesu proizvodnje cementnog karbida, pogodan za masovnu proizvodnju.

5. Status istraživanja

Za Si3N4 i Sialon keramička sinterirana tijela, osiguran je postupak za oblikovanje superplastičnosti bez oblikovanja kompozitnog materijala i održavanja jednog stanja, te je osigurano sinterirano tijelo oblikovano u skladu s postupkom. Sinterirano tijelo od silicij nitrida i sialona s relativnom gustoćom većom od 95 posto i linearnom gustoćom od 50 μm u dvodimenzionalnom presjeku sinteriranog tijela u rasponu od 120 do 250; Kompresija uzrokuje plastičnu deformaciju pri brzinama deformacije manjim od 10-1/sek. Oblikovano sinterirano tijelo ima izvrsna mehanička svojstva posebno pri normalnoj temperaturi.

Si3N4 keramika je važan strukturni materijal. To je supertvrda tvar koja ima mazivost i otpornost na trošenje; ne reagira s drugim anorganskim kiselinama osim fluorovodične kiseline i ima jaku otpornost na koroziju i otpornost na visoke temperature. Oksidacija. I može odoljeti udaru hladnoće i topline. Može se zagrijati na više od 1,000 stupnja u zraku i neće se slomiti nakon brzog hlađenja i brzog zagrijavanja. Upravo zbog izvrsnih svojstava Si3N4 keramike ljudi je često koriste za izradu ležajeva. , lopatice plinske turbine, mehanički brtveni prstenovi, trajni kalupi i druge mehaničke komponente. Ako je grijaća površina komponenti motora izrađena od keramike silicijevog nitrida koja je otporna na visoke temperature i teško prenosi toplinu, to ne samo da može poboljšati kvalitetu dizelskih motora, uštedjeti gorivo, već i poboljšati toplinsku učinkovitost. . Kina, Sjedinjene Države, Japan i druge zemlje razvile su ovaj dizel motor.

Proces nakon sinteriranja

Oprema za obradu: opremljena CNC strojem za graviranje, brušenjem bez središta, unutarnjim i vanjskim cilindričnim brušenjem, površinskim brušenjem, CNC obradnim centrom za tokarski stroj, rezanjem žice, tokarenjem, glodanjem, brušenjem i ostalom visokopreciznom opremom za proizvodnju i testiranje.

Kalupi i oprema za inspekciju

1. Vijek trajanja kalupa: obično polutrajno. (osim izgubljene pjene).

2. Vrijeme isporuke kalupa: 10-25 dana, (prema strukturi proizvoda i veličini proizvoda).

3. Alati i održavanje kalupa: Zhongwei je odgovoran za precizne dijelove.

Kontrola kvalitete

1. Kontrola kvalitete: stopa neispravnosti manja je od 0.1 posto.

2. Uzorci i probni rad bit će 100 posto pregledani tijekom proizvodnje i prije otpreme, pregled uzoraka za masovnu proizvodnju prema ISDO standardima ili zahtjevima kupaca.

3. Oprema za ispitivanje: instrument za mjerenje okruglosti, instrument za mjerenje s tri koordinate, instrument za mjerenje koordinate slike, instrument za mjerenje Hexagon s tri koordinate, instrument za mjerenje slike, instrument za mjerenje gustoće, instrument za mjerenje glatkoće, mikro Vickersov mjerač tvrdoće.

Primjena

Koristeći prednosti male težine i krutosti Si3N4, može se koristiti za proizvodnju kugličnih ležajeva, koji imaju veću preciznost od metalnih ležajeva, stvaraju manje topline i mogu raditi na višim temperaturama i korozivnim medijima. Parne mlaznice izrađene od Si3N4 keramike imaju karakteristike otpornosti na habanje i otpornost na toplinu. Nemaju očigledna oštećenja nakon nekoliko mjeseci korištenja u kotlu od 650 stupnjeva, dok se druge mlaznice od legiranog čelika otporne na toplinu i koroziju mogu koristiti samo 1-2 mjeseci pod istim uvjetima. .Si3N4 žarnica koju su zajednički razvili Šangajski institut za silikat, Kineska akademija znanosti, Šangajski institut za motore s unutarnjim izgaranjem, Ministarstvo elektrotehnike i strojarstva i Zhongwei Precision rješava problem teškog hladnog pokretanja dizelskih motora i prikladan je za izravno dizelski motori s ubrizgavanjem ili bez izravnog ubrizgavanja. Ova žarnica je najnapredniji i najidealniji uređaj za paljenje dizel motora koji je danas dostupan. Japanski institut za atomsku energiju i Mitsubishi Heavy Industries uspješno su razvili novu sirovu pumpu s rotorom koji se sastoji od 11 Si3N4 keramičkih okretnih ploča u kućištu pumpe. Budući da pumpa koristi Si3N4 keramički rotor s malim koeficijentom toplinske ekspanzije i preciznim zračnim ležajem, može raditi normalno bez podmazivanja i rashladnog medija. Ako se ova pumpa kombinira s ultravakuumskom pumpom kao što je turbo-molekularna pumpa, može se formirati vakuumski sustav prikladan za reaktore nuklearne fuzije ili opremu za obradu poluvodiča.

Ovo je samo nekoliko primjera primjene Si3N4 keramike kao strukturnih materijala. Vjeruje se da će se s poboljšanjem tehnologije proizvodnje praha Si3N4, kalupljenja, sinteriranja i obrade njegova izvedba i pouzdanost nastaviti poboljšavati, a keramika silicijevog nitrida će se više koristiti. Zbog poboljšanja čistoće Si3N4 sirovina, brzog razvoja Si3N4 tehnologije kalupljenja u prahu i tehnologije sinteriranja, te stalnog širenja područja primjene, Si3N4 zauzima sve važniju poziciju u industriji kao inženjerska konstrukcijska keramika. Keramika Si3N4 ima izvrsna sveobuhvatna svojstva i obilne resurse te je idealan visokotemperaturni strukturni materijal sa širokim područjima primjene i tržištima, a sve se zemlje svijeta natječu za istraživanje i razvoj. Keramički materijali imaju karakteristike otpornosti na habanje, otpornost na koroziju, otpornost na visoke temperature, otpornost na oksidaciju, otpornost na toplinski udar i nisku specifičnu težinu koje je teško usporediti s uobičajenim metalnim materijalima. Keramički dijelovi od silicij nitrida mogu izdržati teške radne uvjete za koje metalni ili polimerni materijali nisu sposobni, a keramički dijelovi od silicij nitrida imaju široku primjenu. Nakon metalnih materijala i polimernih materijala, postao je ključni osnovni materijal koji podupire industriju stupova u 21. stoljeću i postao je jedno od najaktivnijih istraživačkih polja. Danas zemlje diljem svijeta pridaju veliku važnost njegovom istraživanju i razvoju. Kao važan član obitelji visokotemperaturne strukturne keramike Prva Si3N4 keramika ima izvrsnija mehanička svojstva, toplinska svojstva i kemijsku stabilnost od ostalih visokotemperaturnih strukturalnih keramika kao što su oksidna keramika i karbidna keramika. Stoga se smatraju najperspektivnijim materijalima u visokotemperaturnoj konstrukcijskoj keramici.