Modern keramik med bättre mekaniska, termiska och kemiska egenskaper är nödvändig för dagens teknik. Sialon och kiselnitridkeramik är hårda, slitstarka och termiskt stabila. Genom att kombinera kiselnitrid och aluminiumoxid får sialon brottseghet och oxidationsbeständighet. Kiselnitridens låga värmeutvidgning och höga värmeledningsförmåga är idealiska för tillämpningar vid höga temperaturer. Flyg-, fordons- och elektronikbranscherna använder sådan keramik för att tillverka bättre motorkomponenter, skärverktyg och utrustning för halvledartillverkning. Därmed förbättrar de prestanda och hållbarhet i krävande miljöer.
Kisel, aluminium, syre och kväve utgör sialonkeramik, ett avancerat material. Sialoner framställs genom att kisel- och kväveatomer i kiselnitrid (Si₃N₄) ersätts med aluminium och syre. Detta förbättrar segheten och den termiska stabiliteten. Sialoner kan klassificeras som alfa (α), beta (β) eller blandfas. Alfa-sialoner, ett enfasigt material med hög hårdhet och oxidationsbeständighet vid höga temperaturer, används i applikationer med hög slitagebelastning.
Beta-sialoner är lämpliga för skärverktyg och slitdelar tack vare sin sammanlänkade kornstruktur, brottseghet och motståndskraft mot termisk chock. Blandfas-sialoner erbjuder en balans mellan hårdhet och seghet för högtemperaturtillämpningar samtidigt som de kombinerar egenskaperna hos alfa- och beta-sialoner.
Högpresterande kiselnitridkeramik (Si₃N₄) är baserad på kisel och kväve. Denna kiselnitridkeramik utmärker sig genom hög hållfasthet, brottseghet, termisk stabilitet och oxidationsbeständighet. Kiselnitrid kan framställas genom reaktionsbindning, sintring eller varmpressning. Nitrerat kiselpulver komprimeras till porös, slitstark reaktionsbunden kiselnitrid (RBSN). Sintrat kiselnitrid (SSN) ger upphov till tät keramik med bättre mekaniska egenskaper för lager- och turbinkomponenter vid sintring tillsammans med yttriumoxid eller aluminiumoxid. Varmpressat kiselnitrid (HPSN) tillverkas genom att värme och tryck tillförs samtidigt. Det är en tät keramik med exceptionell mekanisk hållfasthet och värmeledningsförmåga för högpresterande motorkomponenter och elektroniska substrat.
Gröna kroppar förtätas till en stark struktur under sintring av kiselnitridkeramik (Si₃N₄). För att undvika nedbrytning kan trycklössintringske i kväve vid 1750 °C–1850 °C. Gastryckssintring (GPD) ökar förtätningen genom att kvävgastrycket höjs till upp till 10 MPa. Detta kan sänka sintringstemperaturerna till 1700 °C och uppnå en densitet nära den teoretiska. Varmisostatisk pressning (HIP) förbättrar de mekaniska egenskaperna genom att kombinera höga temperaturer (1600 °C–1800 °C) med isostatiskt gastryck (100–200 MPa). Sintringstemperatur, tryck och miljö måste regleras för bättre kornväxt, mekanisk hållfasthet och lägre porositet.
Vid sintring av β′-sialonkeramik finns det likheter med kiselnitrid, men också skillnader. Även om båda materialen sintras vid höga temperaturer kan sialoner behöva Y₂O₃ och MgO för att bilda flytande faser och öka förtätningen. Tillsatserna kan sänka sintringstemperaturen till 1600 °C–1750 °C och skapa en övergående flytande fas. Denna fas löser upp och omfäller korn för att främja en homogen mikrostrukturtillväxt. Sintringsprocessen med upplösning, diffusion och omfällning påverkar kornstorlek och -form. Kontroll av mikrostrukturen förbättrar brottseghet och slitstyrka. Följaktligen är tillsatser och sintringsparametrar avgörande för högpresterande sialonkeramik.
Allmänna tillämpningar
Tack vare sin höga hårdhet, slitstyrka och temperaturstabilitet är sialon och kiselnitridkeramik (Si₃N₄) idealiska material för skärverktyg och slipmedel. Sialonkeramik håller skärverktygen vassa även vid höga hastigheter och temperaturer. Detta minimerar därmed behovet av verktygsbyte. Kiselnitrid ökar produktiviteten vid höghastighetsbearbetning av gjutjärn och hårt stål. Dessa keramer behövs i motordelar och turboladdare till fordon. Deras låga värmeutvidgning och höga motståndskraft mot termiska chocker gör dem hållbara även under extrema förhållanden. Hög slitstyrka, låg friktion och förlängd livslängd förbättrar lagren och rullarna i industriell utrustning, vilket leder till lägre underhållskostnader.
Tack vare sin motståndskraft mot termisk chock och kemikalier kan keramik av sialon och kiselnitrid (Si₃N₄) hantera smälta icke-järnmetaller. Under ogynnsamma förhållanden motstår dessa material brott till följd av plötsliga temperatursvängningar. Termoparhöljen av keramik möjliggör processkontroll med tillförlitliga temperaturmätningar. Stigrör och rotoraxlar tillverkade av sialon eller kiselnitrid begränsar föroreningar och säkerställer hanteringen av smält metall. Deras låga vätbarhet för smält metall och höga mekaniska hållfasthet minskar gjutningstiden och förbättrar effektiviteten.
Vid smältning av icke-järnmetaller kan temperaturer på över 1000 °C förekomma, liksom reaktiva metaller som är mycket korrosiva. Sådana förhållanden påskyndar nedbrytningen av grafit och aluminiumoxid, vilket leder till frekventa byten och ökad driftstoppstid. Dessa förhållanden kräver dessutom material som tål snabba temperaturväxlingar och kraftiga kemiska reaktioner. Nya material med högre termisk stabilitet, korrosionsbeständighet och mekanisk hållfasthet är nödvändiga för komponenternas effektivitet och livslängd.
Sektorn för smält icke-järnmetall drar nytta av keramer av sialon och kiselnitrid. Framför allt har sialonkeramer en mycket hög motståndskraft mot termisk chock, 17,37 ± 0,48 GPa hårdhet samt kemisk stabilitet under extrema förhållanden. Kiselnitridkeramik är hållbar under termisk påfrestning tack vare sina låga värmeutvidgningskoefficienter (3,27×10⁻⁶) °C) och goda brottseghetsegenskaper. Sådana keramer bildar skikt av kiseloxynitrid som hämmar oxidation, till skillnad från grafit, som oxiderar vid höga temperaturer. Det gör att de håller längre och kräver mindre underhåll än standardmaterial.
Termoparhöljen av kiselnitrid skyddar temperaturgivare i smältmetallbad. De säkerställer noggranna mätvärden och förlänger givarens livslängd. Dessutom bidrar sialonkeramikens termiska och mekaniska motståndskraft till att förbättra stigrörens prestanda. De är avgörande för lågtrycksgjutning, eftersom de bibehåller prestanda och form vid höga temperaturer, minskar gjutfel och ökar produktionseffektiviteten. Rotoraxlar av kiselnitrid inom aluminiumraffinering utsätts ständigt för smält metall och korrosiva flussmedel, men motstår oxidation och slitage. De minskar reparationskostnaderna och förbättrar processens tillförlitlighet.
De senaste framstegen inom sintring av sialon- och kiselnitridkeramik innebär förfinade tillsatser och hjälpmedel för bättre materialegenskaper. Sällsynta jordartsmetaller, däribland yttriumoxid och ytterbiumoxid, främjar förtätning och enhetlig mikrostruktur. De bidrar till utvecklingen av faser vid korngränserna och sänker sintringstemperaturen, vilket ger högre brottseghet och termisk stabilitet. Förbättringar inom trycklös sintring och gnistplasmasintring (SPS) möjliggör precis kontroll av mikrostrukturen. Detta kan i sin tur leda till ultrafina kornstorlekar under 200 nm i keramiken. Kortare sintringstider minskar kornbildningen och förbättrar hårdheten och slitstyrkan.
Kisel och kiselnitridkeramik (Si₃N₄) börjar användas inom biomedicin och elektronik. Kiselnitridens biokompatibilitet och antibakteriella egenskaper gör det till ett bättre biomedicinskt implantat för ryggradsfusion och tandimplantat. Tack vare sin höga värmeledningsförmåga (upp till 85 W/m•K) och elektriska isoleringsegenskaper används sådana keramer för högfrekventa och högtempererade komponenter inom elektroniken. Deras motståndskraft mot termisk chock och mekaniskt slitage stärker komponenternas livslängd och prestanda i högeffektiva turbinblad och solcellssubstrat, vilket förnybar energiindustrin för närvarande undersöker. Deras anpassningsförmåga gör dem till attraktiva kandidater för viktiga roller inom banbrytande teknik. Därför förutspås stora framsteg inom dessa innovativa tillämpningar.
Kontakta oss gärna om du vill veta mer om någon av keramiktyperna.
Sverige / Sverige
+(46) 31 754 0790
Danmark
+(45) 35 15 8085
Avgiftsfritt i USA/Kanada
+ 1 (833) 709-1399
©2025 Alla rättigheter förbehållna. Sialon Ceramics Denmark ApS
Gäller endast Sialon-värmerör, Sialon-nedsänkningsvärmare, Sialon-stigrör och specialtillverkade produkter. Vissa begränsningar kan förekomma.
ZDialer-samtal