Hochleistungskeramik bezeichnet keramische Werkstoffe mit besonderen mechanischen, physikalischen oder chemischen Eigenschaften. Die Rohstoffe und die erforderliche Produktionstechnologie unterscheiden sich erheblich von gewöhnlicher Keramik.
Entsprechend den Eigenschaften und Anwendungen gibt es zwei Arten von Hochleistungskeramik: Strukturkeramik und Funktionskeramik.
Strukturkeramiken beziehen sich auf Keramiken, die als technische Strukturmaterialien verwendet werden können und im Allgemeinen eine hohe Festigkeit, eine hohe Härte, einen hohen Elastizitätsmodul, eine hohe Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit und andere Eigenschaften aufweisen.
Es gibt viele Arten von Strukturkeramiken mit unterschiedlichen Vorteilen, Nachteilen und Anwendungen. Siliziumnitridkeramiken gelten aufgrund ihrer ausgewogenen Leistung in vielen Aspekten als die Strukturkeramiken mit der besten Gesamtleistung und haben ein breites Anwendungsspektrum.
Eigenschaften von Siliziumnitridkeramiken
Siliziumnitrid (Si3N4) lässt sich in kovalent gebundene Verbindungen unterteilen, mit [SiN4]4-Tetraeder als Struktureinheit, Silizium befindet sich in der Mitte des Tetraeders, die Positionen der vier Eckpunkte des Tetraeders sind mit Stickstoffatomen besetzt, und ein Stickstoffatom teilen sich alle drei Tetraeder. Ein solches Tetraeder wiederholt und erstreckt sich im dreidimensionalen Raum und bildet schließlich eine Netzwerkstruktur. Viele Eigenschaften von Siliziumnitrid sind mit dieser tetraedrischen Struktur verbunden.
Aufgrund der starken Bindung zwischen Stickstoffatomen hat Siliziumnitrid gute Eigenschaften wie hohe Festigkeit, hohe Härte und hohe Temperaturbeständigkeit:
-Die Härte kann HRA91 ~ 93 erreichen;
-Gute Heißhärte, kann hohen Temperaturen von 1300 ~ 1400 ℃ standhalten;
- Kleinere chemische Reaktionen mit Kohlenstoff- und Metallelementen führen zu einem niedrigeren Reibungskoeffizienten;
- selbstschmierend und daher verschleißfest;
- Starke Korrosionsschutzfähigkeit, mit Ausnahme von Flusssäure, reagiert nicht mit anderen anorganischen Säuren und hat auch Antioxidationsfähigkeit bei hohen Temperaturen;
-Gute Temperaturwechselbeständigkeit, es bricht nicht, selbst wenn es an der Luft abgekühlt und dann schnell erhitzt wird; - Kleines Kriechen bei hoher Temperatur, unter Einwirkung von hoher Temperatur und fester Last ist die langsame plastische Verformung sehr gering.
Darüber hinaus haben Siliziumnitridkeramiken auch die Vorteile einer hohen Steifigkeit, eines hohen Elastizitätsmoduls, einer hohen Wärmeleitfähigkeit und ausgezeichneter elektrischer Eigenschaften, sodass sie einen besonderen Anwendungswert in extremen Umgebungen wie hohen Temperaturen, hohen Geschwindigkeiten und stark korrosiven Medien haben. , gilt als eines der vielversprechendsten strukturkeramischen Materialien für Entwicklung und Anwendung.
Anwendung von Siliziumnitridkeramik
Siliziumnitrid-Keramiklager
Keramiklager werden häufig in Präzisionswerkzeugmaschinen, Automobilen, Flugmotoren, chemischen Instrumenten, supraleitenden Geräten und anderen Bereichen verwendet.
Als Lagermaterial ist die Grundeigenschaft die Rollermüdungslebensdauer. Um die Anwendbarkeit verschiedener Keramiklager zu bewerten, wird ein Wälzlebensdauertest mit einer keramischen Flachplatte durchgeführt. Die Ergebnisse der Wälzlebensdauer sind: Aluminiumoxid < Siliziumkarbid < Zirkonoxid < Nitrid Silizium, unter diesen vier gebräuchlichen Konstruktionskeramiken ist Si3N4 das am besten geeignete Lagermaterial.
Luft- und Raumfahrt
In der Luft- und Raumfahrt sind die Anforderungen an Materialeigenschaften sehr streng und fordern die Grenzen herkömmlicher Materialien heraus.
Si3N4 ist aufgrund seiner Hochtemperaturfestigkeit, guten Bruchzähigkeit, hohen Härte, hohen dielektrischen Festigkeit, hervorragenden Temperaturwechselbeständigkeit und tribologischen Eigenschaften eine gute Wahl für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und gewährleistet eine hervorragende mechanische Zuverlässigkeit und Verschleißfestigkeit.
Siliziumnitridkeramiken können in Triebwerken von Raketenbrennkammern verwendet werden. Raketenbrennkammer-Triebwerke haben sehr strenge Anforderungen an Materialien, Hochtemperaturverbrennung kann einen größeren Antrieb erzielen, die verwendeten Materialien müssen hohen Temperaturen standhalten und leicht sein.
Hochtemperaturteile von Automotoren
Zu den in Automobilmotoren verwendeten Si3N4-Keramikkomponenten gehören: Turbinenrotoren von Turboladern, Vorwärmbrennkammern, Kipphebeleinsätze, Pleuelstangen von Einspritzdüsen, Ventilführungen, keramische Kolbenböden, Glühkerzen usw.
Siliziumnitrid-Keramik-Wärmeableitungssubstrat
Das Wärmeableitungssubstrat in der Elektronikindustrie muss die Wärme der Komponenten in der integrierten Schaltung rechtzeitig und effektiv abführen. Darüber hinaus muss das Substrat über ausreichend starke mechanische Eigenschaften verfügen, um mit sehr rauen Bedingungen wie Temperatur und Druck fertig zu werden.
Die Wärmeleitfähigkeit von Siliziumnitrid-Keramiken ist zwar geringer als die von Aluminiumnitrid und Berylliumoxid, aber deutlich höher als die von allgemeinen Strukturkeramiken, die grundsätzlich die Wärmeableitungsanforderungen des Substrats erfüllen können; Darüber hinaus sind die Festigkeit und Bruchzähigkeit von Siliziumnitridkeramiken viel höher als bei anderen. Die substratähnlichen Keramiken sind die wärmeableitenden Substratmaterialien mit hervorragender umfassender Leistung und wurden praktisch in elektronischen Steuersystemen von Hochgeschwindigkeitszügen und Elektrofahrzeugen eingesetzt Fahrzeuge.
Anwendung in anderen Bereichen
Aufgrund seiner hervorragenden Hochtemperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit kann Siliziumnitridkeramik in chemisch korrosionsbeständigen und verschleißfesten Teilen, der Halbleiterindustrie, einschließlich Raketenradomen für die Verteidigungsindustrie, keramischen Materialien für biomedizinische Zwecke und Hauptpumpen für Kernkraftwerke verwendet werden Dichtungsringe, Siliziumnitrid-Keramikring für Polysilizium-Reduktionsöfen, Wärmedämmscheibenabdeckung, neu entwickelte Siliziumnitrid-Keramik-Spiralfeder, kann nicht nur eine hohe Festigkeit bei 1000 ℃ Temperatur beibehalten, sondern auch eine starke Korrosionsbeständigkeit aufweisen, kann in Spezialventilen verwendet werden.
Advanced Ceramics Supplier 