Съвременните технологии изискват керамика със засилени механични, термични и химични свойства. В същото време керамиките от сиалон и силициев нитрид се отличават с твърдост, износоустойчивост и термична стабилност. Комбинацията от силициев нитрид и алуминиев оксид придава на сиалона устойчивост на разрушаване и устойчивост на окисляване. Ниското термично разширение и високата топлопроводимост на силициевия нитрид са идеални за приложения при високи температури. Аерокосмическият, автомобилният и електронен сектор използват такива керамики за по-добри компоненти на двигатели, режещи инструменти и оборудване за обработка на полупроводници. По този начин те повишават производителността и издръжливостта в неблагоприятни условия.
Силиций, алуминий, кислород и азот съставляват сиалоновите керамики – високотехнологични материали. Сиалоните се получават чрез заместване на атомите на силиций и азот в силициевия нитрид (Si₃N₄) с атоми на алуминий и кислород. Това подобрява издръжливостта и термичната стабилност. Сиалоните могат да се класифицират като алфа (α), бета (β) или смесенофазни. Алфа-сиалоните, еднофазни материали с голяма твърдост и устойчивост на окисляване при високи температури, се използват в приложения, подложени на силно износване.
Бета-сиалоните са подходящи за режещи инструменти и износващи се компоненти благодарение на своята преплетена зърнеста структура, устойчивост на счупване и устойчивост на термичен шок. Смесенофазните сиалони осигуряват баланс между твърдост и издръжливост за приложения при високи температури, като съчетават характеристиките на алфа- и бета-фазите.
Високопроизводителните керамики от силициев нитрид (Si₃N₄) са на базата на силиций и азот. Тези керамики от силициев нитрид се отличават с висока якост, устойчивост на разрушаване, термична стабилност и устойчивост на окисляване. Силициевият нитрид се получава чрез реакционно свързване, синтероване или горещо пресоване. Нитрираният силициев прах се уплътнява в порест, устойчив силициев нитрид, получен чрез реакционно свързване (RBSN). Синтерираният силициев нитрид (SSN) дава плътна керамика с по-високи механични характеристики за лагери и турбинни компоненти при синтериране с итрий или алуминиев оксид. Горещопресованият силициев нитрид (HPSN) се произвежда чрез едновременно прилагане на топлина и налягане. Това е плътна керамика с изключителна механична якост и топлинна проводимост, предназначена за високопроизводителни компоненти за двигатели и електронни субстрати.
По време на синтероването на керамиката от силициев нитрид (Si₃N₄) зелените тела се уплътняват до получаване на здрава структура. За да се избегне разлагането, може да се приложисинтерованебез налягане в азотна среда при температура 1750°C–1850°C. Синтерирането под налягане на газ (GPD) увеличава уплътняването чрез прилагане на налягане на азотен газ до 10 MPa. То може да понижи температурите на синтериране до 1700 °C и да достигне плътност, близка до теоретичната. Горещото изостатично пресоване (HIP) повишава механичните качества чрез комбиниране на високи температури (1600 °C–1800 °C) с изостатично газово налягане (100–200 MPa). Температурата, налягането и средата на синтероване трябва да се регулират за по-добър растеж на зърната, механична якост и по-ниска порьозност.
При синтероването на β′-сиалон керамика се наблюдават както сходства, така и различия спрямо силициевия нитрид. Въпреки че и при двата материала се използва високотемпературно синтероване, при сиалоните може да се наложи добавянето на Y₂O₃ и MgO за образуване на течни фази и повишаване на уплътняването. Добавките могат да понижат температурата на синтероване до 1600 °C–1750 °C и да предизвикат появата на преходна течна фаза. Тя разтваря и преутаява зърната, което води до образуването на хомогенна микроструктура. Процесът на синтероване чрез разтваряне-дифузия-преутаяване влияе върху размера и формата на зърната. Контролът върху микроструктурата повишава устойчивостта на счупване и износоустойчивостта. В резултат на това добавките и параметрите на синтероването стават от решаващо значение за високопроизводителните сиалонови керамики.
Общи приложения
Високата твърдост, износоустойчивостта и температурната стабилност правят керамиките от сиалон и силициев нитрид (Si₃N₄) идеални за режещи инструменти и абразиви. Керамиките от сиалон поддържат режещите инструменти остри при високи скорости и температури. По този начин се свежда до минимум честотата на подмяна на инструментите. Силициевият нитрид повишава производителността при високоскоростна обработка на чугун и твърда стомана. Тези керамики са необходими за частите на автомобилните двигатели и турбокомпресорите. Ниското им термично разширение и високата устойчивост на термичен шок осигуряват дълготрайност в екстремни условия. Високата износоустойчивост, ниското триене и удълженият експлоатационен живот подобряват лагерите и ролките на промишленото оборудване, което води до по-ниски разходи за поддръжка.
Благодарение на своята устойчивост на термичен шок и химически въздействия, керамиката от сиалон и силициев нитрид (Si₃N₄) може да се използва при работа с разтопени цветни метали. При неблагоприятни условия тези материали издържат на разрушаване вследствие на резки температурни колебания. Керамичните обвивки за термодвойки осигуряват контрол на процеса чрез надеждни измервания на температурата. Възходящите тръби и роторните валове, изработени от сиалон или силициев нитрид, ограничават замърсяването и осигуряват безпроблемна работа с разтопения метал. Ниската им смачимост към разтопения метал и високата механична якост намаляват времето за леене и повишават ефективността.
При производството на разтопени цветни метали температурите могат да надхвърлят 1000 °C, а реактивните метали са силно корозивни. Такива условия ускоряват разграждането на графита и алуминиевия оксид, което налага честа подмяна и води до по-чести прекъсвания в работата. В тези условия са необходими материали, които издържат на бързи термични цикли и силни химични реакции. За ефективността и експлоатационния срок на компонентите са необходими нови материали с по-висока термична стабилност, устойчивост на корозия и механична якост.
Секторът на разтопените цветни метали извлича полза от керамиките от сиалон и силициев нитрид. По-специално, керамиките от сиалон притежават висока устойчивост на термичен шок, 17,37 ± 0,48 GPa твърдост и химическа стабилност в екстремни условия. Керамиката от силициев нитрид е издръжлива при термично напрежение благодарение на ниските си коефициенти на термично разширение (3,27×10⁻⁶) °C) и добрите си свойства на устойчивост на счупване. Такива керамики образуват слоеве от силициев оксинитрид, които предотвратяват окисляването, за разлика от графита, който се окислява при високи температури. Това ги прави по-издръжливи и изисква по-малко грижи в сравнение със стандартните материали.
Оболочките за термодвойки от силициев нитрид предпазват температурните сензори в бани с разтопен метал. Те осигуряват точни показания и удължават експлоатационния срок на сензорите. Освен това термичната и механичната устойчивост на сиалоновата керамика подпомага работата на възходящите тръби. Те са от ключово значение за леенето под ниско налягане, като запазват експлоатационните си характеристики и формата си при високи температури, намаляват дефектите при леенето и повишават ефективността на производството. Роторните валове от силициев нитрид, използвани при рафинирането на алуминий, са изложени на постоянен контакт с разтопен метал и корозивни флюси, но са устойчиви на окисляване и износване. Те намаляват разходите за ремонт и подобряват надеждността на процеса.
Последните постижения в областта на синтероването на керамики от сиалон и силициев нитрид водят до усъвършенстване на добавките и спомагателните средства с цел подобряване на характеристиките на материала. Оксидите на редки земни елементи, включително итриев оксид и итербиев оксид, спомагат за уплътняването и еднородността на микроструктурата. Те стимулират образуването на фази по границите на зърната и намаляват температурата на синтероване, което води до по-голяма устойчивост на счупване и термична стабилност. Подобренията в безналягателното синтероване и синтероването с искрова плазма (SPS) осигуряват прецизен контрол върху микроструктурата. В резултат на това може да се постигне размер на зърната под 200 nm в керамиката. По-кратките периоди на синтероване намаляват образуването на зърна и повишават твърдостта и износоустойчивостта.
Силицият и керамиката от силициев нитрид (Si₃N₄) намират приложение в биомедицината и електрониката. Биосъвместимостта и антибактериалните свойства на силициевия нитрид го превръщат в по-добър биомедицински имплант за спинална фиксация и зъбни импланти. Благодарение на високата си топлопроводимост (до 85 W/m•K) и електрическата им изолация, тези керамики се използват за високочестотни и високотемпературни компоненти в електрониката. Устойчивостта им на термичен шок и механично износване повишава надеждността и производителността на компонентите във високоефективните лопатки на турбини и субстрати за слънчеви клетки, които се проучват от индустрията за възобновяема енергия. Адаптивността им ги превръща в привлекателни кандидати за важни роли в радикалните технологии. Следователно се прогнозира значителен напредък в тези иновативни приложения.
Моля, свържете се с нас, ако искате да научите повече за някой от видовете керамика.
Швеция / Sverige
+(46) 31 754 0790
Дания
+(45) 35 15 8085
Безплатен номер за САЩ/Канада
+ 1 (833) 709-1399
©2025 Всички права запазени. Sialon Ceramics Denmark ApS
Приложимо само за нагревателни тръби от сиалон, потапяеми нагреватели от сиалон, възходящи тръби от сиалон и продукти, изработени по поръчка. Възможни са някои ограничения.
ZDialer – Обаждане