Współczesna ceramika o lepszych właściwościach mechanicznych, termicznych i chemicznych jest niezbędna dla współczesnej technologii. Ceramika sialonu i azotku krzemu jest twarda, odporna na zużycie i stabilna termicznie. Połączenie azotku krzemu i tlenku glinu zapewnia sialonowi odporność na pękanie i utlenianie. Niska rozszerzalność cieplna i wysoka przewodność cieplna azotku krzemu idealnie nadają się do zastosowań wysokotemperaturowych. Sektory lotniczy, motoryzacyjny i elektroniczny wykorzystują tę ceramikę do produkcji lepszych komponentów silników, narzędzi skrawających i urządzeń do przetwarzania półprzewodników. Dzięki temu zwiększają one wydajność i trwałość w trudnych warunkach.
Krzem, aluminium, tlen i azot tworzą ceramikę sialonową, zaawansowane materiały. Sialony powstają poprzez zastąpienie atomów krzemu i azotu w azotku krzemu (Si3N4) aluminium i tlenem. Poprawia to wytrzymałość i stabilność termiczną. Sialony można klasyfikować jako alfa (α), beta (β) lub mieszane. Sialony alfa, materiał jednofazowy o dużej twardości i odporności na utlenianie w wysokich temperaturach, są stosowane w zastosowaniach narażonych na duże zużycie.
Sialony beta nadają się do narzędzi skrawających i elementów odpornych na zużycie dzięki swojej zazębiającej się strukturze ziaren, odporności na pękanie i odporności na szok termiczny. Sialony o mieszanej fazie łączą w sobie twardość i wytrzymałość w zastosowaniach wysokotemperaturowych, łącząc jednocześnie charakterystykę alfa i beta.
Wysokowydajna ceramika azotku krzemu (Si3N4) jest oparta na krzemie i azocie. Cechuje się wysoką wytrzymałością, odpornością na pękanie, stabilnością termiczną i odpornością na utlenianie. Azotek krzemu jest wiązany reakcyjnie, spiekany lub prasowany na gorąco. Azotowany proszek krzemu zagęszcza się w porowaty, odporny azotek krzemu wiązany reakcyjnie (RBSN). Spiekany azotek krzemu (SSN) wytwarza gęstą ceramikę o wyższych właściwościach mechanicznych, przeznaczoną do łożysk i turbin, podczas gdy spiekany jest tlenek itru lub tlenek glinu. Prasowany na gorąco azotek krzemu (HPSN) jest wytwarzany przy jednoczesnym podawaniu ciepła i ciśnienia. Jest to gęsta ceramika o niezwykłej wytrzymałości mechanicznej i przewodności cieplnej, przeznaczona do wysokowydajnych podzespołów silników i podłoży elektronicznych.
Podczas spiekania ceramiki azotku krzemu (Si3N4) ciała zielone są zagęszczane w mocną strukturę. Aby uniknąć rozkładu, spiekanie może odbywać się w atmosferze azotu w temperaturze 1750–1850°C. Spiekanie pod ciśnieniem gazu (GPD) zwiększa zagęszczanie, stosując ciśnienie azotu do 10 MPa. Pozwala to obniżyć temperaturę spiekania do 1700°C i osiągnąć gęstość zbliżoną do teoretycznej. Prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP) poprawia właściwości mechaniczne poprzez połączenie wysokich temperatur (1600–1800°C) z izostatycznym ciśnieniem gazu (100–200 MPa). Temperatura, ciśnienie i środowisko spiekania muszą być regulowane, aby zapewnić lepszy wzrost ziarna, wytrzymałość mechaniczną i mniejszą porowatość.
W spiekaniu ceramiki β′-sialonowej istnieją podobieństwa do azotku krzemu, ale także różnice. Chociaż obie metody wykorzystują spiekanie wysokotemperaturowe, sialony mogą wymagać Y2O3 i MgO do tworzenia faz ciekłych i zwiększania zagęszczania. Dodatki mogą obniżyć temperaturę spiekania do 1600-1750°C i wytworzyć przejściową fazę ciekłą. Rozpuszcza ona i ponownie wytrąca ziarna, zapewniając jednorodny wzrost mikrostruktury. Proces spiekania z rozpuszczaniem, dyfuzją i ponownym wytrącaniem wpływa na wielkość i kształt ziaren. Kontrola mikrostruktury zwiększa odporność na pękanie i zużycie. W rezultacie dodatki i parametry spiekania mają kluczowe znaczenie dla wysokowydajnej ceramiki sialowej.
Zastosowania ogólne
Wysoka twardość, odporność na zużycie i stabilność temperaturowa sprawiają, że ceramika sialonowa i azotku krzemu (Si3N4) idealnie nadają się do produkcji narzędzi skrawających i materiałów ściernych. Ceramika sialonowa zapewnia ostrość narzędzi skrawających przy wysokich prędkościach i temperaturach. W rezultacie minimalizuje częstotliwość wymiany narzędzi. Azotek krzemu zwiększa wydajność obróbki żeliwa i stali twardych z dużą prędkością. Części silników samochodowych i turbosprężarki wymagają tej ceramiki. Jej niska rozszerzalność cieplna i wysoka odporność na szoki termiczne zapewniają trwałość w trudnych warunkach. Wysoka odporność na zużycie, niskie tarcie i wydłużona żywotność zwiększają wydajność łożysk i rolek w urządzeniach przemysłowych, co przekłada się na niższe koszty utrzymania.
Ze względu na swoją odporność na szok termiczny i chemiczną, ceramika z sialonu i azotku krzemu (Si3N4) doskonale nadaje się do obróbki stopionych metali nieżelaznych. W niesprzyjających warunkach materiały te są odporne na pękanie pod wpływem gwałtownych wahań temperatury. Ceramiczne osłony termopar zapewniają kontrolę procesu i niezawodne pomiary temperatury. Rury wznośne i wały wirnika wykonane z sialonu lub azotku krzemu ograniczają zanieczyszczenia i ułatwiają obróbkę stopionego metalu. Niska zwilżalność stopionego metalu i wysoka wytrzymałość mechaniczna skracają czas przestoju odlewu i zwiększają wydajność.
Prace z roztopionymi metalami nieżelaznymi mogą być narażone na temperatury przekraczające 1000°C oraz obecność metali reaktywnych, które są bardzo korozyjne. Takie warunki przyspieszają degradację grafitu i tlenku glinu, co wymusza częstą wymianę i zwiększa dostępność. W takich warunkach wymagane są również materiały odporne na szybkie cykle cieplne i poważne reakcje chemiczne. Nowoczesne materiały o wyższej stabilności termicznej, odporności na korozję i wytrzymałości mechanicznej są niezbędne dla zapewnienia wydajności i trwałości komponentów.
Sektor stopionych metali nieżelaznych korzysta z ceramiki sialonu i azotku krzemu. W szczególności sialonu charakteryzuje się wysoką odpornością na szok termiczny, 17,37 ± 0,48 GPa oraz stabilnością chemiczną w ekstremalnych warunkach. Ceramika azotku krzemu jest trwała pod wpływem naprężeń termicznych dzięki niskim współczynnikom rozszerzalności cieplnej (3,27×10(-6) °C) i dobrej odporności na pękanie. Taka ceramika wytwarza warstwy tlenoazotku krzemu, które hamują utlenianie, w przeciwieństwie do grafitu, który utlenia się w wysokich temperaturach. Dzięki temu ceramika ta jest trwalsza i wymaga mniej konserwacji niż standardowe materiały.
Osłony termopar z azotku krzemu chronią czujniki temperatury w kąpieli z roztopionego metalu. Zapewniają dokładne odczyty i wydłużają żywotność czujników. Ponadto, odporność termiczna i mechaniczna ceramiki sialonowej wspomaga rury wznośne. Są one kluczowe w odlewaniu ciśnieniowym niskociśnieniowym, zachowując parametry i kształt w wysokich temperaturach, zmniejszając liczbę wad odlewniczych i zwiększając wydajność produkcji. Wały wirników z azotku krzemu w rafinacji aluminium są narażone na ciągłe działanie roztopionego metalu i strumieni korozyjnych, a także są odporne na utlenianie i zużycie. Obniżają koszty napraw i poprawiają niezawodność procesu.
Nowsze osiągnięcia w spiekaniu ceramiki sialonu i azotku krzemu pozwalają na udoskonalenie dodatków i wspomaganie procesu, co przekłada się na lepsze właściwości materiału. Tlenki pierwiastków ziem rzadkich, w tym tlenek itru i tlenek itru, sprzyjają zagęszczeniu i jednorodności mikrostrukturalnej. Sprzyjają rozwojowi fazy na granicy ziaren i obniżają temperaturę spiekania, zapewniając większą odporność na pękanie i stabilność termiczną. Udoskonalenia w spiekaniu bezciśnieniowym i spiekaniu plazmą iskrową (SPS) zapewniają precyzyjną kontrolę mikrostruktury. W rezultacie może to prowadzić do uzyskania ultradrobnych ziaren poniżej 200 nm w ceramice. Krótszy czas spiekania ogranicza formowanie się ziaren oraz zwiększa twardość i odporność na zużycie.
Ceramika z krzemu i azotku krzemu (Si3N4) znajduje zastosowanie w biomedycynie i elektronice. Biokompatybilność i właściwości antybakteryjne azotku krzemu czynią go lepszym implantem biomedycznym do zespoleń kręgosłupa i implantów stomatologicznych. Ze względu na wysoką przewodność cieplną (do 85 W/m•K) i izolację elektryczną, ceramika ta jest stosowana w komponentach elektronicznych o wysokiej częstotliwości i wysokiej temperaturze. Jej odporność na szok termiczny i zużycie mechaniczne wzmacnia przyszłość i wydajność komponentów w wysokosprawnych łopatkach turbin i podłożach ogniw słonecznych, które są badane przez branżę energii odnawialnej. Jej adaptowalność czyni je atrakcyjnymi kandydatami do odgrywania ważnej roli w radykalnej technologii. W związku z tym przewiduje się znaczny postęp w tych kreatywnych zastosowaniach.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o jakimkolwiek rodzaju ceramiki, skontaktuj się z nami
Szwecja / Sverige
+(46) 31 754 0790
Dania
+(45) 35 15 8085
Bezpłatny numer USA/Kanada
+ 1 (833) 709-1399
©2025 Wszelkie prawa zastrzeżone. Sialon Ceramics Denmark ApS
Dotyczy wyłącznie rur grzewczych Sialon, grzałek zanurzeniowych Sialon, rur pionowych Sialon oraz produktów wykonywanych na zamówienie. Mogą obowiązywać ograniczenia.
Połączenie ZDialer