Pro moderní technologie je nezbytná současná keramika s lepšími mechanickými, tepelnými a chemickými vlastnostmi. Keramika ze sialonu a nitridu křemíku je přitom tvrdá, odolná proti opotřebení a tepelně stabilní. Kombinace nitridu křemíku a oxidu hlinitého dodává sialonu lomovou houževnatost a odolnost proti oxidaci. Nízká tepelná roztažnost a vysoká tepelná vodivost nitridu křemíku jsou ideální pro použití při vysokých teplotách. Letecký, automobilový a elektronický průmysl využívá tuto keramiku k výrobě kvalitnějších součástí motorů, řezných nástrojů a zařízení pro zpracování polovodičů. Díky tomu zvyšuje výkon a životnost v náročných podmínkách.
Křemík, hliník, kyslík a dusík tvoří sialonovou keramiku, což jsou sofistikované materiály. Sialony vznikají nahrazením atomů křemíku a dusíku v nitridu křemíku (Si₃N₄) atomy hliníku a kyslíku. Tím se zvyšuje houževnatost a tepelná stabilita. Sialony lze rozdělit na alfa (α), beta (β) nebo smíšené fáze. Alfa-sialony, jednofázový materiál s vysokou tvrdostí a odolností proti oxidaci při vysokých teplotách, se používají v aplikacích s extrémním opotřebením.
Beta-sialony jsou vhodné pro řezné nástroje a opotřebitelné součásti díky své propletené zrnité struktuře, lomové houževnatosti a odolnosti proti tepelným šokům. Smíšené fáze sialonů zajišťují rovnováhu mezi tvrdostí a houževnatostí pro použití při vysokých teplotách a zároveň kombinují vlastnosti alfa- a beta-fází.
Vysoce výkonná keramika z nitridu křemíku (Si₃N₄) je založena na křemíku a dusíku. Tato keramika z nitridu křemíku se vyznačuje vysokou pevností, lomovou houževnatostí, tepelnou stabilitou a odolností proti oxidaci. Nitrid křemíku se vyrábí reakčním spojováním, slinováním nebo lisováním za tepla. Nitridovaný křemíkový prášek se slisuje do porézního, odolného nitridu křemíku spojeného reakcí (RBSN). Sintrovaný nitrid křemíku (SSN) vytváří hustou keramiku s vyššími mechanickými vlastnostmi pro ložiskové a turbínové součásti při současném sintrování yttria nebo oxidu hlinitého. Nitrid křemíku lisovaný za tepla (HPSN) se vyrábí současným působením tepla a tlaku. Jedná se o hustou keramiku s mimořádnou mechanickou pevností a tepelnou vodivostí určenou pro vysoce výkonné součásti motorů a elektronické substráty.
Během slinování keramiky z nitridu křemíku (Si₃N₄) dochází ke zhutnění zelených těles do pevné struktury. Aby se zabránilo rozkladu, lze provádětslinováníbez tlaku v prostředí dusíku při teplotách 1750 °C–1850 °C. Spečování pod tlakem plynu (GPD) zvyšuje zhutnění při použití tlaku dusíku až do 10 MPa. Umožňuje snížit teploty spečování na 1700 °C a dosáhnout hustoty blízké teoretické hodnotě. Horké izostatické lisování (HIP) zvyšuje mechanické vlastnosti kombinací vysokých teplot (1600 °C–1800 °C) s izostatickým tlakem plynu (100–200 MPa). Teplota slinování, tlak a prostředí musí být regulovány, aby se dosáhlo lepšího růstu zrn, mechanické pevnosti a nižší pórovitosti.
Při slinování keramiky β′-sialonu existují podobnosti s nitridem křemíku, ale také rozdíly. Ačkoli se u obou materiálů využívá vysokoteplotní slinování, u sialonů může být zapotřebí Y₂O₃ a MgO k vytvoření kapalných fází a zvýšení zhutnění. Tyto přísady mohou snížit slinovací teplotu na 1600 °C–1750 °C a vyvolat přechodnou kapalnou fázi. Ta rozpouští a znovu vysráží zrna, čímž zajišťuje růst homogenní mikrostruktury. Proces slinování založený na rozpouštění, difúzi a opětovném vysrážení ovlivňuje velikost a tvar zrn. Řízení mikrostruktury zvyšuje lomovou houževnatost a odolnost proti opotřebení. V důsledku toho jsou přísady a parametry slinování zásadní pro vysoce výkonnou sialonovou keramiku.
Obecné použití
Díky vysoké tvrdosti, odolnosti proti opotřebení a teplotní stabilitě jsou keramiky ze sialonu a nitridu křemíku (Si₃N₄) ideální pro řezné nástroje a brusiva. Keramika ze sialonu udržuje řezné nástroje ostré i při vysokých rychlostech a teplotách. Díky tomu se minimalizuje četnost výměny nástrojů. Nitrid křemíku zvyšuje produktivitu při vysokorychlostním obrábění litiny a tvrdé oceli. Tyto keramiky jsou nezbytné pro součásti automobilových motorů a turbodmychadla. Díky nízké tepelné roztažnosti a vysoké odolnosti proti tepelným šokům si zachovávají svou trvanlivost i v extrémních podmínkách. Vysoká odolnost proti opotřebení, nízké tření a prodloužená životnost zvyšují výkonnost ložisek a válečků průmyslových zařízení, což vede ke snížení nákladů na údržbu.
Díky své odolnosti vůči tepelným šokům a chemickým vlivům jsou keramika ze sialonu a nitridu křemíku (Si₃N₄) schopny odolávat roztaveným neželezným kovům. I v nepříznivých podmínkách odolávají tyto materiály poškození způsobenému náhlými teplotními výkyvy. Keramické pláště termočlánků zajišťují řízení procesu díky spolehlivému měření teploty. Stoupací trubky a hřídele rotorů vyrobené ze sialonu nebo nitridu křemíku omezují znečištění a zajišťují bezpečnou manipulaci s roztaveným kovem. Díky nízké smáčivosti roztaveným kovem a vysoké mechanické pevnosti zkracují dobu odlití a zvyšují efektivitu.
Při tavení neželezných kovů mohou teploty přesáhnout 1000 °C a dochází k působení reaktivních kovů, které jsou velmi korozivní. Takové podmínky urychlují degradaci grafitu a oxidu hlinitého, což vede k častým výměnám a delším výpadkům. V těchto podmínkách jsou rovněž zapotřebí materiály, které odolávají rychlým teplotním cyklům a silným chemickým reakcím. Pro zajištění účinnosti a životnosti komponentů jsou nezbytné nové materiály s vyšší tepelnou stabilitou, odolností proti korozi a mechanickou pevností.
Odvětví tavení neželezných kovů těží z keramiky na bázi sialonu a nitridu křemíku. Zejména keramika na bázi sialonu vykazuje vysokou odolnost proti tepelným šokům, 17,37 ± 0,48 GPa a chemickou stabilitu v extrémních podmínkách. Keramika z nitridu křemíku je odolná vůči tepelnému namáhání díky svým nízkým koeficientům tepelné roztažnosti (3,27×10⁻⁶) °C) a dobré lomové houževnatosti. Na povrchu těchto keramik se tvoří vrstvy oxynitridu křemíku, které brání oxidaci, na rozdíl od grafitu, který se při vysokých teplotách oxiduje. Díky tomu mají delší životnost a vyžadují méně údržby než standardní materiály.
Pláště termočlánků z nitridu křemíku chrání teplotní senzory v lázních roztaveného kovu. Zajišťují přesné měření a dlouhou životnost senzorů. Navíc tepelná a mechanická odolnost sialonové keramiky přispívá k lepší funkčnosti výstupních trubek. Ty jsou klíčové pro nízkotlaké tlakové lití, protože si při vysokých teplotách zachovávají svůj výkon a tvar, čímž snižují počet vad odlitků a zvyšují efektivitu výroby. Hřídele rotorů z nitridu křemíku používané při rafinaci hliníku jsou neustále vystaveny působení roztaveného kovu a korozivních tavidel, přičemž odolávají oxidaci a opotřebení. Snižují tak náklady na opravy a zvyšují spolehlivost procesu.
Nejnovější pokroky v oblasti slinování keramiky na bázi sialonu a nitridu křemíku spočívají ve zdokonalování přísad a pomocných látek s cílem dosáhnout lepších vlastností materiálu. Oxidy vzácných zemin, včetně yttria a ytterbia, podporují zhutnění a rovnoměrnost mikrostruktury. Podporují tvorbu fází na hranicích zrn a snižují teplotu slinování, čímž přispívají k vyšší lomové houževnatosti a tepelné stabilitě. Zlepšení v oblasti beztlakuového slinování a slinování jiskrovým plazmatem (SPS) umožňují přesnou kontrolu mikrostruktury. Výsledkem může být dosažení ultrajemné zrnitosti keramiky pod 200 nm. Kratší doba slinování omezuje tvorbu zrn a zvyšuje tvrdost a odolnost proti opotřebení.
Křemík a keramika z nitridu křemíku (Si₃N₄) nacházejí uplatnění v biomedicíně a elektronice. Díky své biokompatibilitě a antibakteriálním vlastnostem je nitrid křemíku vhodnější materiál pro biomedicínské implantáty určené k páteřní fúzi a zubní implantáty. Vzhledem k jejich vysoké tepelné vodivosti (až 85 W/m•K) a elektrické izolace se tyto keramiky používají pro vysokofrekvenční a vysokoteplotní součástky v elektronice. Jejich odolnost vůči tepelným šokům a mechanickému opotřebení zvyšuje životnost a výkon součástek v vysoce účinných lopatkách turbín a substrátech solárních článků, které v současné době zkoumá odvětví obnovitelných zdrojů energie. Díky své přizpůsobivosti jsou atraktivními kandidáty pro důležité role v radikálních technologiích. Lze proto očekávat významný pokrok v těchto inovativních aplikacích.
Pokud se chcete dozvědět více o kterémkoli z druhů keramiky, neváhejte nás kontaktovat.
Švédsko / Sverige
+(46) 31 754 0790
Dánsko
+(45) 35 15 8085
USA/Kanada Bezplatná telefonní linka
+ 1 (833) 709-1399
©2025 Všechna práva vyhrazena. Sialon Ceramics Denmark ApS
Platí pouze pro sialonové topné trubky, sialonové ponorné ohřívače, sialonové stoupací trubky a výrobky na zakázku. Mohou platit určitá omezení.
Volání ZDialer