Anwendungen von Siliziumnitridkeramik mit verschiedenen Sinterprozessen
Momentan,SiliziumnitridkeramikDie in verschiedenen Bereichen verwendeten Materialien werden hauptsächlich durch Reaktionssintern, Heißpresssintern, druckloses Sintern, Gasdrucksintern und heißisostatisches Presssintern hergestellt. Verschiedene Sinterprozesse ergeben Siliziumnitridkeramiken mit bestimmten Leistungsunterschieden, die typischerweise in unterschiedlichen Hochtemperatur-Strukturbauteilen, verschleißfesten Bauteilen oder korrosionsbeständigen Bauteilen eingesetzt werden.
1、Reaktionssinterverfahren
Beim Reaktionssintern handelt es sich um die chemische Reaktion zwischen festen, flüssigen und gasförmigen Phasen von Rohmaterial-Kompaktkörpern bei einer bestimmten Temperatur, was zu einer Verdichtung und Synthese spezifischer Zusammensetzungen führt, um den gewünschten Sinterkörper zu erhalten.
Bei diesem Verfahren wird hochreines Siliziumpulver mit einem Bindemittel vermischt, in Formen gebracht und dann einer N2-Atmosphäre ausgesetzt oder in geschmolzenes Silizium getaucht, wodurch das Silizium- oder Stickstoffgas oder das geschmolzene Silizium im Körper reagieren und Siliziumnitridprodukte erzeugen können . Durch Reaktionssintern hergestellte Siliziumnitridkeramiken sind im Bereich der feuerfesten Materialien weit verbreitet und werden hauptsächlich für verwendetHerstellung von Thermoelement-Schutzrohren, Tiegeln zum Metallschmelzen und Raketendüsen.
2、Heißpress-Sinterverfahren
Siliziumnitridpulver wird mit verschiedenen Oxiden (wie MgO, Al2O3, CeO2 usw.) als Sinteradditive vermischt. Das Sintern erfolgt bei Temperaturen über 1600 °C und bestimmten Drücken, ein Prozess, der als Heißpresssintern bezeichnet wird.
Der Vorteil des Heißpresssinterns besteht darin, dass die mechanischen Eigenschaften der mit dieser Methode hergestellten Si3N4-Keramiken denen der mit anderen Methoden gesinterten Keramik überlegen sind und eine höhere Härte, Festigkeit und Zähigkeit aufweisen. Es wird häufig zur Herstellung verwendet Keramikschneidwerkzeuge.
Allerdings hat das Heißpresssintern auch Nachteile wie hohe Produktionskosten, komplexe Anforderungen an die Sinterausrüstung und das Vorhandensein anisotroper Eigenschaften aufgrund des uniaxialen Drucks während des Sinterns.
3、Drucklose Sintermethode
Beim drucklosen Sintern wird α-Si3N4 als Rohmaterial unter normalem Atmosphärendruck verwendet und eine bestimmte Menge an Sinterhilfsmitteln für das Flüssigphasensintern hinzugefügt. Während des Sinterns wandelt sich α-Si3N4 in β-Si3N4 um und die Struktur der Siliziumnitridkörner ändert sich von gleichachsigen Kristallen zu säulenförmigen Kristallen, wodurch die Eigenschaften der Proben verbessert werden.Der Vorteil des drucklosen Sinterns ist der relativ einfache Herstellungsprozess und die geringeren Kosten, was zu leistungsstarken Siliziumnitridkeramiken führt. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass die Proben nach dem Sintern erheblich schrumpfen können, was zu Rissen und Verformungen führen kann.
Durch druckloses Sintern hergestellte Siliziumnitridkeramiken werden häufig verwendetdie Herstellung von Dichtungsringen, Rollenringen in der metallurgischen Industrie, Behältern zum Transport geschmolzener Metalle und Trögen.
4、Gasdruck-Sinterverfahren
Gasdrucksintern wird typischerweise bei Drücken von 1 bis 10 MPa und Temperaturen um 2000 °C durchgeführt, was etwas höher ist als bei anderen Sinterverfahren. Selbst mit weniger Sinterzusätzen kann diese Methode das Wachstum von Si3N4-Körnern fördern, was zu Proben mit länglichen säulenförmigen Körnern, hoher Dichte und hoher Festigkeit führt.
Mithilfe des Gasdrucksinterns können Produkte mit verschiedenen komplexen Formen geformt und gesintert werden, was im Vergleich zu Siliziumnitridkeramiken, die mit anderen Verfahren hergestellt werden, breitere Anwendungsmöglichkeiten bietet.
Darüber hinaus Thermoelement-Schutzrohre, Tiegel zum Metallschmelzen, Raketendüsen, Keramikschneidwerkzeuge, Lagerkugeln, Dichtungsringe, Rollenringe in der metallurgischen Industrieund Behälter zum Transport geschmolzener Metalle werden durch Gasdrucksintern hergestellte Siliziumnitridkeramiken auch häufig in verschiedenen Hochtemperatur- und Hochspannungskomponenten verwendetichncTeile für Turbinentriebwerke aus Keramik, wie Statorblätter, Rotorblätter und Gehäuse.
5、Heißisostatisches Pressen (HIP)-Sinterverfahren
Beim isostatischen Heißpressen werden Keramikpulver, Presslinge oder vorgesinterte Körper gleichzeitig mit hoher Temperatur und isotropem Hochdruckgas beaufschlagt, um eine Sinterverdichtung zu erreichen.
Durch die Kombination der Vorteile des Heißpressens und des drucklosen Sinterns können durch heißisostatisches Pressen Siliziumnitridkeramiken mit hoher Dichte und komplexen Formen hergestellt werden. Aufgrund der teuren Ausrüstung, der komplexen Produktionsprozesse und der hohen technischen Anforderungen wird es jedoch hauptsächlich zur Herstellung hochwertiger Siliziumnitridprodukte verwendet, wie zLagerkugeln aus Siliziumnitrid.
Darüber hinaus haben Siliziumnitridkeramiken, die durch isostatisches Heißpressen hergestellt werden, erhebliche potenzielle Anwendungen in Bereichen, die Hochleistungsprodukte erfordern, wie zMikrolageranwendungen in Infrarotdetektoren.
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