高度なセラミックとは、特別な機械的、物理的、または化学的特性を持つセラミック材料を指します。原材料や必要な製造技術は、通常のセラミックとは大きく異なります。
特性や用途に応じて、構造用セラミックと機能性セラミックの2種類の先進セラミックがあります。
構造用セラミックとは、エンジニアリング構造材料として使用できるセラミックのことで、一般に高強度、高硬度、高弾性率、高温耐性、耐摩耗性、耐食性、耐酸化性、耐熱衝撃性などの特性を備えています。
さまざまな長所、短所、および用途を持つ多くの種類の構造用セラミックがあります。窒化ケイ素セラミックは、多くの面でバランスの取れた性能を備えているため、最高の総合性能を備えた構造用セラミックと見なされており、幅広い用途があります。
窒化ケイ素セラミックの特性
窒化ケイ素（Si3N4）は、[SiN4] 4-四面体を構造単位とし、四面体の中心にシリコンがあり、四面体の4つの頂点の位置が窒素原子で占められている共有結合化合物に分けることができます。窒素原子は、3つの四面体ごとに共有されます。このような四面体は、3次元空間で繰り返されて広がり、最終的にネットワーク構造を形成します。窒化ケイ素の多くの特性は、この四面体構造に関連しています。
窒化ケイ素は、窒素原子間の強い結合により、高強度、高硬度、高温耐性などの優れた特性を備えています。
-硬度はHRA91〜93に達することができます。
-優れた高温硬度、1300〜1400℃の高温に耐えることができます。
-炭素および金属元素との化学反応が小さいと、摩擦係数が低くなります。
-自己潤滑性であるため、耐摩耗性があります。
-フッ化水素酸を除いて強力な防食性があり、他の無機酸と反応せず、高温での酸化防止性もあります。
-優れた耐熱衝撃性。空冷して急速に加熱しても破損しません。
-高温での小さなクリープ、高温および固定荷重の作用下で、ゆっくりとした塑性変形は非常に小さいです。
さらに、窒化ケイ素セラミックは、高い剛性強度、高い弾性率、高い熱伝導率、および優れた電気特性という利点もあるため、高温、高速、および強力な腐食性媒体などの過酷な環境での特別な用途価値があります。は、開発と応用のための最も有望な構造用セラミック材料の1つと見なされています。
窒化ケイ素セラミックの応用
窒化ケイ素セラミックベアリング
セラミックベアリングは、精密工作機械、自動車、航空エンジン、化学機器、超電導機器などの分野で広く使用されています。
軸受材料としての基本的な特性は、転がり疲労寿命です。各種セラミック軸受の適用性を評価するため、セラミック平板を用いて転がり寿命試験を実施しています。圧延寿命ランキングの結果は次のとおりです。アルミナ<炭化ケイ素<ジルコニア<窒化ケイ素これらの4つの一般的なエンジニアリング構造用セラミックの中で、Si3N4が軸受材料に最適です。
航空宇宙
航空宇宙分野では、材料特性の要件は非常に厳しく、従来の材料の限界に挑戦しています。
Si3N4は、高温強度、優れた破壊靭性、高硬度、高絶縁耐力、優れた耐熱衝撃性とトライボロジー特性により、優れた機械的信頼性と耐摩耗性を保証するため、航空宇宙用途に適しています。
窒化ケイ素セラミックは、ロケット燃焼器スラスターに使用できます。ロケット燃焼室スラスターは、材料に対して非常に厳しい要件があり、高温燃焼はより大きな推進力を得ることができ、使用される材料は、高温に耐え、軽量である必要があります。
自動車エンジンの高温部品
自動車エンジンで使用されるSi3N4セラミックコンポーネントには、ターボチャージャータービンローター、予熱燃焼チャンバー、ロッカーアームインサート、インジェクター接続ロッド、バルブガイド、セラミックピストンクラウン、グロープラグなどがあります。
窒化ケイ素セラミック放熱基板
エレクトロニクス業界の放熱基板は、集積回路内のコンポーネントの熱をタイムリーかつ効果的に放散する必要があります。さらに、基板は、温度や圧力などの非常に過酷な条件に対処するために十分に強力な機械的特性を備えている必要があります。
窒化ケイ素セラミックの熱伝導率は、窒化アルミニウムや酸化ベリリウムの熱伝導率よりも低くなりますが、基本的に基板の放熱要件を満たすことができる一般的な構造用セラミックの熱伝導率よりも大幅に高くなります。また、窒化ケイ素セラミックの強度と破壊靭性は他に比べてはるかに高い基板状セラミックは、優れた総合性能を備えた放熱基板材料であり、高速鉄道や電気の電子制御システムに実用化されています。車両。
他の分野での応用
耐高温性と耐食性に優れているため、耐食性、耐摩耗性のある部品、防衛産業用ミサイルラドームなどの半導体産業、生物医学用セラミック材料、原子力メインポンプなどに使用できます。シールリング、ポリシリコン還元炉用窒化ケイ素セラミックリング、断熱ディスクカバー、新開発の窒化ケイ素セラミックコイルスプリングは、1000℃の温度で高強度を維持できるだけでなく、強力な耐食性を備えており、特殊なバルブに使用できます。
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