Anwendungsgebiete von Siliziumnitridkeramik
Nr. 1: Das Herz rotierender Maschinen, Bildhauer mechanischer Komponenten
Siliziumnitridkeramik findet umfangreiche Anwendung in verschiedenen mechanischen Bereichen, einschließlich Hochgeschwindigkeitsschneidwerkzeugen,Lager, Triebwerksschaberblätter und Leitschaufeln für Gasturbinen und Turbinenschaufeln.
Unter diesen Anwendungen sindLagerkugeln aus Siliziumnitrid-Keramiksind die am weitesten verbreiteten Produkte und machen ein Drittel der jährlichen Produktion von Hochleistungs-Siliziumnitridprodukten weltweit aus. Siliziumnitrid-Keramik-Lagerkugeln bieten gegenüber Stahlkugeln deutliche Vorteile, darunter geringe Dichte, Hochtemperaturbeständigkeit, Selbstschmierung, Korrosionsbeständigkeit und eine Ermüdungslebensdauer ähnlich wie Stahlkugeln. Da Keramikkugeln in schnell rotierenden Systemen Zentrifugalspannungen erzeugen, reduziert die geringe Dichte von Siliziumnitrid diese Spannungen auf den Außenring von schnell rotierenden Komponenten. Dichte Si3N4-Keramik weist außerdem eine hohe Bruchzähigkeit, einen hohen Modul und selbstschmierende Eigenschaften auf, wodurch sie äußerst widerstandsfähig gegen verschiedene Formen von Verschleiß ist und rauen Umgebungen standhält, die bei anderen Keramikmaterialien zu Rissen, Verformungen oder dem Zusammenbruch führen können. einschließlich extremer Temperaturen, großer Temperaturschwankungen und Ultrahochvakuumbedingungen. Daher finden Siliziumnitrid-Keramiklagerkugeln breite Anwendung in Präzisionswerkzeugmaschinenlagern, Automobillagern, Isolationslagern für Windturbinengeneratoren und Lagern für korrosive und Hochtemperaturumgebungen in der petrochemischen Industrie.
Darüber hinaus bieten Siliziumnitrid-Lager eine hervorragende elektrische Isolierung und lösen so Probleme im Zusammenhang mit elektrischer Korrosion, die zu Oberflächenschäden, vorzeitiger Schmierstoffalterung, ungewöhnlichen Geräuschen und letztendlich zum Lagerausfall führen können. Dadurch eignen sie sich besonders für den Einsatz in Elektrofahrzeugen und anderen Bereichen.
Siliziumnitrid-Keramik wird auch häufig im Bereich von Hochgeschwindigkeits-Schneidwerkzeugen verwendet, obwohl Hochgeschwindigkeits-Keramik-Schneidwerkzeuge typischerweise eine noch höhere Festigkeit und Zähigkeit erfordern als Siliziumnitrid-Lager. Verschiedene Unternehmen nutzen Hochleistungskeramik aus Siliziumnitrid zur Herstellung von Schneidwerkzeugen.
Nr. 2: Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit – hart wie Nägel
Siliziumnitridkeramik weist dank ihrer hervorragenden Kriech- und Oxidationsbeständigkeit sowie ihrer geringen Wärmeausdehnung eine hervorragende Korrosions- und Verschleißbeständigkeit auf. Neben Lagern und Schneidwerkzeugen eignen sich auch Siliziumnitrid-Keramikmaterialien für den Einsatz in verschiedenen rauen Umgebungen. Sie verfügen über eine ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kriechfestigkeit, was sie zu idealen Materialien für die Abdichtung von Oberflächen in der Nuklearindustrie macht. Sie können in Anwendungen wie Kesselreaktorwasserpumpen, Druckwasserreaktorwasserpumpen und erosionsbeständiger Borsäure-Wasseraufbereitung eingesetzt werden. Siliziumnitridmaterialien können auch auf rotierende Komponenten in Kompressoren, Motoren, Generatoren, Motoren und Turbinen angewendet werden.
Darüber hinaus spielt Siliziumnitrid eine bedeutende Rolle im Bereich der Feinstvermahlung. Mit einer hohen Härte, die nur von wenigen superharten Materialien wie Diamant und kubischem Bornitrid übertroffen wird, und einem niedrigen Reibungskoeffizienten zeichnen sich Siliziumnitrid-Keramik-Mahlmedien in Anwendungen in der ultrafeinen Pulver- und Lebensmittelverarbeitungsindustrie aus und bieten höhere Härte und überlegene Verschleißfestigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Schleifkörpern.
Nr. 3: Keramiksubstrate – Effiziente Wärmeableitung ist eine Mission
Siliziumnitrid-Keramiksubstrate werden häufig im Bereich neuer Energiefahrzeuge eingesetzt. In Elektrofahrzeugen spielen Hochleistungskomponenten eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Umwandlung zwischen Wechsel- und Gleichstromquellen. Die hochfrequenten thermischen Zyklen in diesen Anwendungen stellen hohe Anforderungen an die Wärmeableitung für elektronische Verpackungen. Darüber hinaus erfordern die komplexen und vielfältigen Betriebsumgebungen, dass Verpackungsmaterialien eine gute Beständigkeit gegen Temperaturschocks und eine hohe Festigkeit aufweisen, um Halt zu bieten. Die hohe Wärmeleitfähigkeit und die hervorragenden mechanischen Eigenschaften von Siliziumnitrid-Substraten verlängern die Lebensdauer elektronischer Module erheblich.
Nr. 4: Biomedizinischer Bereich – Die optimale Lösung für künstliche Knochen
Siliziumnitridkeramiken weisen neben ihrer hohen Festigkeit und Zähigkeit eine hervorragende chemische Stabilität und Biokompatibilität auf, wodurch sie sich hervorragend für den Einsatz als biomedizinische Keramiken eignen. Siliziumnitrid-Keramikmaterialien bieten im Vergleich zu herkömmlichen biomedizinischen Keramiken auf Zirkonoxidbasis eine überlegene Infektionsresistenz und die Fähigkeit, das Knochenwachstum und die Knochenintegration zu fördern. Darüber hinaus weisen Siliziumnitridkeramiken eine hohe Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit und poröse Eigenschaften auf, die das Wachstum von Knochengewebe unterstützen und eine dauerhafte biologische Fixierung ermöglichen. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich Siliziumnitridkeramiken für Anwendungen im biomedizinischen Bereich, darunter Implantate, Kniegelenke und Komponenten für chirurgische und orthopädische Eingriffe.
Nr. 5: Luft- und Raumfahrt – zuverlässig in rauen Umgebungen
Siliziumnitrid-Keramikmaterialien verfügen über Vorteile wie hohe Festigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und ausgezeichnete chemische Stabilität, wodurch sie für die strengen Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie geeignet sind. Siliziumnitridkeramik hat in der Luft- und Raumfahrt zwei Hauptanwendungen:
Erstens gilt Siliziumnitrid als eines der wenigen einteiligen Keramikmaterialien, das den starken Temperaturschocks und Temperaturgradienten standhalten kann, die von Wasserstoff-/Sauerstoff-Raketentriebwerken erzeugt werden, und sich daher für den Einsatz in Düsenhälsen von Raketentriebwerken eignet. Im Vergleich zu Metallmaterialien können Siliziumnitrid-Keramikdüsen höheren Verbrennungstemperaturen standhalten, was zu einem größeren Schub führt. Die hohe Stabilität der Düsenkante sorgt für einen gleichmäßigeren Strahlfluss.
Zweitens wird Siliziumnitrid als Lager für Luft- und Raumfahrtmotoren verwendet. Bei der Konstruktion von Luft- und Raumfahrtmotoren machen Lagermaterialien und -technologie durchweg mehr als 90–95 % der Gesamtleistung des Motors aus. Keramiklager, insbesondere heißisostatisch gepresste Siliziumnitrid-Keramiklager, bieten wichtige technische Unterstützung für die Entwicklung von Luft- und Raumfahrtausrüstung, insbesondere für Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungs-Hauptwellenlager. Nach über 50 Jahren Forschung und Akkumulation,
Si3N4-Keramiklager werden in Hauptantriebssystemen von Hubschraubern, Luftfahrt-Hilfsaggregaten (APUs), Flugzeugzubehörantrieben, Raketentriebwerken, Raketentriebwerken und Satelliten eingesetzt und sind zu Standardlagern für Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungshauptwellen im High-End-Bereich geworden Fertigungsausrüstung.
Nr. 6: Schutzhelme für Raketenantennen
Raketen sind für ihre Zerstörungskraft als Präzisionsangriffswaffen bekannt. Um die Genauigkeit von Raketenangriffen zu gewährleisten, ist es entscheidend, die Antennen und Radargeräte im Inneren der Rakete zu schützen, damit sie effektiv funktionieren. Hier kommt das Design einer Antennenabdeckung, auch Helm genannt, ins Spiel. Eine Antennenabdeckung ist eine Einrichtung, die die Antenne im Inneren vor rauen Umgebungsbedingungen schützen soll. Es muss hinsichtlich der Form aerodynamische Anforderungen sowie mechanische und elektrische Leistungsanforderungen erfüllen.
Während Standardantennenabdeckungen für Luftfahrtanwendungen möglicherweise aus Verbundwerkstoffen auf Harzbasis hergestellt werden, erfordern Raketenantennenabdeckungen eine hohe Temperaturbeständigkeit und organische Materialien sind nicht mehr geeignet. Daher sind keramische Materialien, insbesondere Siliziumnitridkeramik, nach und nach die bevorzugten Materialien für Raketenantennenabdeckungen geworden. Antennenabdeckungen aus Siliziumnitrid-Keramik werden aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften, thermischen Stabilität, niedrigen Dielektrizitätskonstante und hervorragenden Widerstandsfähigkeit gegen Erosion durch Regen bevorzugt. Sie halten den rauen Flugbedingungen, einschließlich thermischer Vibrationen, stand und machen Siliziumnitridkeramik zu einem vielversprechenden Material für Antennenabdeckungen.
Nr. 7: Chemische und metallurgische Industrie – Furchtlos bei 1400 °C
Siliziumnitrid-Keramikmaterialien weisen eine außergewöhnliche chemische Stabilität und hervorragende mechanische Eigenschaften auf und eignen sich daher für den Einsatz in verschiedenen Teilen thermischer Geräte in der metallurgischen Industrie, wie z. B. Tiegel, Verbrennungsdüsen und Auskleidungen für Aluminium-Elektrolysezellen. Siliziumnitridkeramik weist eine gute Oxidationsbeständigkeit auf, hält Temperaturen bis zu 1400 °C stand und bleibt in trockenen oxidierenden Atmosphären unter 1400 °C stabil, wobei die maximale Einsatztemperatur 1300 °C beträgt. Siliziumnitrid-Materialien können auch in schnell abkühlenden und erhitzenden Umgebungen eingesetzt werden, wodurch sie für ein breites Anwendungsspektrum in der metallurgischen Industrie geeignet sind.
Nr. 8: Schweißindustrie – hohe Präzision, kein Anhaften
Die Entwicklung der drucklosen Sintertechnologie für Siliziumnitridkeramiken hat die Herstellung ermöglicht
komplex geformte Siliziumnitrid-Keramikkomponenten, wodurch das Anwendungsspektrum von Siliziumnitrid-Materialien erheblich erweitert wird. Dazu gehört auch die Schweißindustrie, die in der modernen industriellen Fertigung unverzichtbar ist.Schweißstifte aus Siliziumnitrid-KeramikUndSchweißrollenhaben eine wesentlich längere Lebensdauer als herkömmliche Materialien und erreichen eine hohe Präzision beim Buckelschweißen. Siliziumnitrid-Schweißkomponenten weisen außerdem eine hohe Verschleißfestigkeit und Klebefestigkeit während des Gebrauchs auf, was zu einer längeren Lebensdauer und niedrigeren Betriebskosten führt.
Nr. 9: Stilvoll und cool in tragbarer Technologie
Zusätzlich zu ihrer hohen Festigkeit, Zähigkeit, Härte und hervorragenden Biokompatibilität weisen Siliziumnitridkeramiken eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und eine geringere Volumendichte auf, wodurch sie für den Einsatz in tragbaren Technologien geeignet sind. Siliziumnitrid wird häufig für Uhrengehäuse im täglichen Gebrauch verwendet, da es Abnutzungserscheinungen wirksam widersteht.
Diese Anwendungen demonstrieren die Vielseitigkeit und überlegenen Eigenschaften von Siliziumnitridkeramik in verschiedenen Branchen und unterstreichen ihre Bedeutung in der modernen Technologie und Fertigung.
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