Sialon Keramische Erzeugnisse seit 1986

Sialon-Keramik und Siliziumnitrid-Keramik

Moderne Keramiken mit besseren mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften sind für die heutige Technologie erforderlich. Sialon und Siliziumnitridkeramik sind hart, verschleißfest und thermisch stabil. Die Kombination von Siliziumnitrid und Aluminiumoxid verleiht Sialon Bruchzähigkeit und Oxidationsbeständigkeit. Die geringe Wärmeausdehnung und die hohe Wärmeleitfähigkeit von Siliziumnitrid sind ideal für Hochtemperaturanwendungen. In der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Elektronikbranche werden solche Keramiken für bessere Motorkomponenten, Schneidwerkzeuge und Halbleiterverarbeitungsanlagen verwendet. Dadurch erhöhen sie die Leistung und Haltbarkeit in rauen Umgebungen.

Über Sialon und Siliziumnitridkeramik 

Sialon-Keramik

Silizium, Aluminium, Sauerstoff und Stickstoff machen Sialon-Keramik zu einem hochentwickelten Werkstoff. Sialone werden hergestellt, indem Silizium- und Stickstoffatome in Siliziumnitrid (Si3N4) durch Aluminium und Sauerstoff ersetzt werden. Dies verbessert die Zähigkeit und thermische Stabilität. Sialone können als Alpha- (α), Beta- (β) oder Mischphasen-Sialone klassifiziert werden. Alpha-Sialone, ein einphasiges Material mit großer Härte und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, werden für Anwendungen mit hohem Verschleiß verwendet.

Beta-Sialone eignen sich aufgrund ihrer verzahnten Kornstruktur, ihrer Bruchzähigkeit und ihrer Temperaturwechselbeständigkeit für Schneidwerkzeuge und Verschleißteile. Mischphasensialone bieten ein ausgewogenes Verhältnis von Härte und Zähigkeit für Hochtemperaturanwendungen und kombinieren Alpha- und Beta-Eigenschaften.

Siliziumnitrid-Keramik

Hochleistungs-Siliciumnitridkeramiken (Si3N4) basieren auf Silicium und Stickstoff. Diese Siliciumnitridkeramiken zeichnen sich durch hohe Festigkeit, Bruchzähigkeit, thermische Stabilität und Oxidationsbeständigkeit aus. Siliciumnitrid wird reaktionsgebunden, gesintert oder heißgepresst. Nitrierendes Siliziumpulver verdichtet sich zu porösem, widerstandsfähigem reaktionsgebundenem Siliziumnitrid (RBSN). Gesintertes Siliciumnitrid (SSN) erzeugt dichte Keramiken mit höheren mechanischen Eigenschaften für Lager- und Turbinenkomponenten, während Yttriumoxid oder Aluminiumoxid gesintert werden. Heißgepresstes Siliciumnitrid (HPSN) wird unter gleichzeitiger Anwendung von Hitze und Druck hergestellt. Es handelt sich um eine dichte Keramik mit außergewöhnlicher mechanischer Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit für Hochleistungsmotorenteile und elektronische Substrate.

Sinter-Verfahren

Sintern von Siliziumnitridkeramik

Beim Sintern von Siliziumnitridkeramik (Si3N4) verdichten sich die Grünkörper zu einer festen Struktur. Um eine Zersetzung zu vermeiden, kann das drucklose Sintern in Stickstoff bei 1750°C-1850°C erfolgen. Das Gasdrucksintern (GPD) erhöht die Verdichtung unter Anwendung eines Stickstoffgasdrucks von bis zu 10 MPa. Dabei können die Sintertemperaturen auf 1700 °C gesenkt und eine nahezu theoretische Dichte erreicht werden. Das heißisostatische Pressen (HIP) erhöht die mechanischen Eigenschaften durch die Kombination von hohen Temperaturen (1600°C-1800°C) mit isostatischem Gasdruck (100-200 MPa). Die Sintertemperatur, der Druck und die Umgebung müssen für ein besseres Kornwachstum, eine bessere mechanische Festigkeit und eine geringere Porosität reguliert werden.

Sintern von Sialon-Keramik

Beim Sintern von β′-Sialon-Keramiken gibt es Parallelen zu Siliziumnitrid, aber auch Abweichungen. Obwohl beide bei hohen Temperaturen gesintert werden, benötigen Sialone möglicherweise Y2O3 und MgO, um flüssige Phasen zu bilden und die Verdichtung zu erhöhen. Die Zusatzstoffe können die Sintertemperatur auf 1600°C-1750°C senken und eine vorübergehende Flüssigphase erzeugen. Sie löst Körner auf und scheidet sie wieder aus, um ein homogenes Mikrogefüge zu erzeugen. Der Auflösungs-Diffusions-Ausfällungs-Sinterprozess beeinflusst die Korngröße und -form. Die Kontrolle des Mikrogefüges erhöht die Bruchzähigkeit und die Verschleißfestigkeit. Folglich sind Additive und Sintereinstellungen für Hochleistungssialonkeramiken von entscheidender Bedeutung.

Anwendungen von Sialon und Siliziumnitridkeramik

Allgemeine Anwendungen

Hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Temperaturstabilität machen Sialon- und Siliziumnitridkeramik (Si3n4) zum idealen Werkstoff für Schneidwerkzeuge und Schleifmittel. Sialon-Keramik hält Schneidwerkzeuge auch bei hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen scharf. Dadurch wird die Häufigkeit des Werkzeugwechsels minimiert. Siliziumnitrid fördert die Produktivität bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Gusseisen und Hartstahl. Motorenteile und Turbolader in der Automobilindustrie benötigen diese Keramiken. Die geringe Wärmeausdehnung und die hohe Temperaturwechselbeständigkeit sind auch in rauen Situationen haltbar. Hohe Verschleißfestigkeit, geringe Reibung und eine längere Lebensdauer erhöhen die Lebensdauer von Lagern und Walzen in Industrieanlagen und senken die Instandhaltungskosten.