Współczesne ceramiki o wyższych właściwościach mechanicznych, termicznych i chemicznych są niezbędne dla dzisiejszej technologii. Tymczasem ceramiki sialonowe i z azotku krzemu są twarde, odporne na zużycie i stabilne termicznie. Połączenie azotku krzemu i tlenku glinu nadaje sialonowi odporność na pękanie i utlenianie. Niska rozszerzalność termiczna i wysoka przewodność cieplna azotku krzemu są idealne do zastosowań w wysokich temperaturach. Sektory lotniczy, motoryzacyjny i elektroniczny wykorzystują takie ceramiki do lepszych komponentów silników, narzędzi skrawających i sprzętu do przetwarzania półprzewodników. Dlatego zwiększają one wydajność i trwałość w trudnych warunkach.
Krzem, glin, tlen i azot tworzą ceramikę sialonową, zaawansowane materiały. Sialony powstają przez zastąpienie atomów krzemu i azotu w azotku krzemu (Si3N4) atomami glinu i tlenu. Poprawia to wytrzymałość i stabilność termiczną. Sialony można klasyfikować jako alfa (α), beta (β) lub fazy mieszane. Sialony alfa, materiał jednofazowy o dużej twardości i odporności na utlenianie w wysokich temperaturach, są stosowane w zastosowaniach o intensywnym zużyciu.
Sialony beta nadają się do narzędzi skrawających i elementów odpornych na zużycie dzięki ich wzajemnie zazębiającej się strukturze ziaren, odporności na pękanie i odporności na szok termiczny. Sialony mieszanofazowe równoważą twardość i wytrzymałość do zastosowań w wysokich temperaturach, łącząc cechy alfa i beta.
Ceramika z azotku krzemu o wysokiej wydajności (Si3N4) jest oparta na krzemie i azocie. Ceramika z azotku krzemu wyróżnia się wysoką wytrzymałością, właściwościami odporności na pękanie, stabilnością termiczną oraz odpornością na utlenianie. Azotek krzemu jest wytwarzany metodą reakcyjnego spiekania, spiekania lub prasowania na gorąco. Azotowanie sprasowanych proszków krzemu prowadzi do powstania porowatej, odpornej ceramiki z reakcyjnie spiekanego azotku krzemu (RBSN). Spiekany azotek krzemu (SSN) wytwarza gęstą ceramikę o wyższych właściwościach mechanicznych dla elementów łożysk i turbin podczas spiekania z tlenkiem itru lub tlenkiem glinu. Prasowany na gorąco azotek krzemu (HPSN) jest wytwarzany przy jednoczesnym zastosowaniu ciepła i ciśnienia. Jest to gęsta ceramika o niezwykłej wytrzymałości mechanicznej i przewodności cieplnej, stosowana w wysokowydajnych elementach silników i podłożach elektronicznych.
Półfabrykaty są zagęszczane do mocnej struktury podczas spiekania ceramiki z azotku krzemu (Si3N4). Aby uniknąć rozkładu, spiekanie bezciśnieniowe spiekanie może zachodzić w azocie w temperaturze 1750°C-1850°C. Spiekanie pod ciśnieniem gazu (GPD) zwiększa zagęszczenie przy zastosowaniu ciśnienia azotu do 10 MPa. Może obniżyć temperaturę spiekania do 1700°C i osiągnąć gęstość bliską teoretycznej. Gorące prasowanie izostatyczne (HIP) zwiększa właściwości mechaniczne poprzez połączenie wysokich temperatur (1600°C-1800°C) z izostatycznym ciśnieniem gazu (100-200 MPa). Temperatura spiekania, ciśnienie i środowisko muszą być regulowane dla lepszego wzrostu ziaren, wytrzymałości mechanicznej i mniejszej porowatości.
W spiekaniu ceramiki β′-sialonowej istnieją podobieństwa do azotku krzemu, ale także różnice. Chociaż oba procesy wykorzystują spiekanie w wysokiej temperaturze, sialony mogą wymagać Y2O3 i MgO do tworzenia faz ciekłych i zwiększania zagęszczenia. Dodatki mogą obniżyć temperaturę spiekania do 1600°C-1750°C i wytworzyć przejściową fazę ciekłą. Rozpuszcza ona i wytrąca ziarna, zapewniając jednorodny wzrost mikrostruktury. Proces spiekania rozpuszczanie-dyfuzja-wytrącanie wpływa na wielkość i kształt ziaren. Kontrola mikrostruktury zwiększa odporność na pękanie i zużycie. W rezultacie dodatki i parametry spiekania są kluczowe dla wysokowydajnej ceramiki sialonowej.
Zastosowania ogólne
Wysoka twardość, właściwości odporne na zużycie oraz stabilność temperaturowa sprawiają, że ceramika sialonowa i z azotku krzemu (Si3N4) jest idealna do narzędzi skrawających i materiałów ściernych. Ceramika sialonowa utrzymuje ostrość narzędzi skrawających przy wysokich prędkościach i temperaturach. Dzięki temu minimalizuje częstotliwość wymiany narzędzi. Azotek krzemu zwiększa wydajność w szybkiej obróbce żeliwa i twardej stali. Części silników samochodowych i turbosprężarki wymagają tej ceramiki. Jej niska rozszerzalność cieplna i wysoka odporność na szok termiczny zapewniają trwałość w trudnych warunkach. Wysoka odporność na zużycie, niskie tarcie i dłuższa żywotność zwiększają trwałość łożysk i rolek w urządzeniach przemysłowych, obniżając koszty konserwacji.
Dzięki odporności na szok termiczny i chemiczny, ceramika sialonowa i z azotku krzemu (Si3N4) może być stosowana do pracy z ciekłymi metalami nieżelaznymi. W trudnych warunkach materiały te są odporne na pękanie spowodowane nagłymi wahaniami temperatury. Ceramiczne osłony termopar zapewniają kontrolę procesu dzięki niezawodnym pomiarom temperatury. Rury wznoszące i wały wirników wykonane z sialonu lub azotku krzemu ograniczają zanieczyszczenie i zachowują właściwości przy obróbce ciekłych metali. Ich niska zwilżalność przez ciekły metal i wysoka wytrzymałość mechaniczna skracają czas odlewania i zwiększają wydajność.
Procesy z udziałem stopionych metali nieżelaznych mogą napotykać temperatury przekraczające 1000°C oraz reaktywne metale o silnych właściwościach korozyjnych. Takie warunki przyspieszają degradację grafitu i tlenku glinu, powodując częste wymiany i większą niedostępność. Środowiska te wymagają również materiałów odpornych na szybkie cykle termiczne i poważne reakcje chemiczne. Nowe materiały o wyższej stabilności termicznej, odporności na korozję i wytrzymałości mechanicznej są niezbędne dla wydajności i żywotności komponentów.
Sektor metali nieżelaznych w stanie ciekłym korzysta z ceramiki sialonowej i z azotku krzemu. W szczególności sialon charakteryzuje się wysoką odpornością na szok termiczny, 17.37 ± 0.48 GPa twardością oraz stabilnością chemiczną w ekstremalnych warunkach. Ceramika z azotku krzemu jest trwała pod obciążeniem termicznym dzięki niskiemu współczynnikowi rozszerzalności cieplnej (3.27×10(-6) °C) i dobrym właściwościom odporności na pękanie. Taka ceramika wytwarza warstwy oksyazotku krzemu, które hamują utlenianie, w przeciwieństwie do grafitu, który utlenia się w wysokich temperaturach. Dzięki temu są trwalsze i wymagają mniej konserwacji niż standardowe materiały.
Osłony termopar z azotku krzemu chronią czujniki temperatury w kąpielach stopionych metali. Zapewniają dokładne odczyty i wydłużają żywotność czujników. Ponadto odporność termiczna i mechaniczna ceramiki sialonowej wspomaga rury wznoszące. Są one kluczowe w niskociśnieniowym odlewaniu ciśnieniowym, zachowując wydajność i kształt w wysokich temperaturach, zmniejszając wady odlewów i zwiększając wydajność produkcji. Wały wirników z azotku krzemu w rafinacji aluminium są narażone na stały kontakt ze stopionym metalem i żrącymi topnikami, a jednocześnie opierają się utlenianiu i zużyciu. Zmniejszają koszty napraw i poprawiają niezawodność procesu.
Nowsze postępy w spiekaniu ceramiki sialonowej i z azotku krzemu udoskonalają dodatki i środki pomocnicze w celu uzyskania lepszych właściwości materiału. Tlenki metali ziem rzadkich, w tym itr i iterb, wspomagają zagęszczanie i jednorodność mikrostruktury. Promują rozwój faz granicznych ziaren i obniżają temperaturę spiekania, co zwiększa odporność na pękanie i stabilność termiczną. Ulepszenia w spiekaniu bezciśnieniowym i spiekaniu plazmowo-iskrowym (SPS) zapewniają precyzyjną kontrolę mikrostruktury. W konsekwencji może to prowadzić do uzyskania ultradrobnych ziaren o wielkości poniżej 200 nm w ceramice. Krótsze czasy spiekania ograniczają wzrost ziaren oraz zwiększają twardość i odporność na zużycie.
Ceramika krzemowa i ceramika z azotku krzemu (Si3N4) wkraczają do zastosowań biomedycznych i elektronicznych. Biokompatybilność i właściwości antybakteryjne azotku krzemu czynią go lepszym implantem biomedycznym do fuzji kręgosłupa i implantów dentystycznych. Ze względu na wysoką przewodność cieplną (do 85 W/m•K) i izolację elektryczną, ceramiki te są stosowane w komponentach wysokoczęstotliwościowych i wysokotemperaturowych w elektronice. Ich odporność na szok termiczny i zużycie mechaniczne wzmacnia trwałość i wydajność komponentów w wysokowydajnych łopatkach turbin i podłożach ogniw słonecznych, które są badane przez przemysł energii odnawialnej. Ich adaptacyjność czyni je atrakcyjnymi kandydatami do ważnych ról w przełomowych technologiach. W związku z tym przewiduje się znaczny postęp w tych innowacyjnych zastosowaniach.
Prosimy o kontakt , jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o dowolnym rodzaju ceramiki.
Szwecja / Sverige
+(46) 31 754 0790
Dania
+(45) 35 15 8085
USA/Kanada – bezpłatna infolinia
+ 1 (833) 709-1399
©2025 Wszelkie prawa zastrzeżone. Sialon Ceramics Denmark ApS
Dotyczy wyłącznie rur grzejnych Sialon, grzałek zanurzeniowych Sialon, rur wznoszących Sialon oraz produktów wykonywanych na zamówienie. Mogą obowiązywać ograniczenia.
Połączenie ZDialer