Piezas de cerámica de nitruro de silicio

La cerámica de nitruro de silicio es una cerámica de material inorgánico que no se encoge durante la sinterización. El nitruro de silicio es muy fuerte, especialmente el nitruro de silicio prensado en caliente, que es una de las sustancias más duras del mundo. Las piezas de cerámica de nitruro de silicio tienen las propiedades de alta resistencia, baja densidad y resistencia a altas temperaturas.

La cerámica Si3N4 es un compuesto de enlace covalente, la unidad estructural básica es el tetraedro [SiN4], el átomo de silicio está ubicado en el centro del tetraedro y hay cuatro átomos de nitrógeno a su alrededor, que están ubicados en los cuatro vértices del tetraedro, y luego cada tres Cada tetraedro comparte la forma de un átomo, formando una estructura de red continua y sólida en el espacio tridimensional.

Zhongwei Precision se compromete a proporcionar a los clientes nacionales y extranjeros cerámicas avanzadas con alta resistencia, alta tenacidad, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y resistencia a altas temperaturas. Es una empresa de alta tecnología que integra I+D, producción y venta de productos cerámicos avanzados de precisión industrial en el campo de la cerámica de precisión. Con una variedad de equipos modernos de alta precisión, se ha dado cuenta de forma independiente de la finalización de todo el proceso de producción de piezas de cerámica, desde la preparación de polvo de cerámica, el moldeado de cuerpo verde, la sinterización a alta temperatura hasta el acabado de material cerámico.

Diseño del productocripcion

1. Estándares de implementación: la empresa implementa estrictamente la certificación ISO9001, y los productos han pasado la certificación ROHS, FDA EU, etc.

2. Estándares de materiales del producto: ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Procesos principales: lechada, moldeo por inyección, colada en cinta, prensado isostático, impresión 3D

4. Materiales disponibles para cerámica:

Produce principalmente varillas de cerámica terminadas, tubos de cerámica, anillos de cerámica, placas de cerámica, ventosas de cerámica, cuchillas de cerámica y otras estructuras de cerámica con formas especiales. Los principales materiales cerámicos son alúmina, zirconia, carburo de silicio, nitruro de silicio y cerámicas de nitruro de aluminio. Resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, resistencia a ácidos y álcalis, antimagnético, resistencia a la presión. Y la impresión 3D, etc. se personalizan de acuerdo con los requisitos del cliente.

Tubo combinado, su alta resistencia al desgaste resiste eficazmente el desgaste del material y el impacto.

El método de preparación y situación actual del producto.

1. Propiedades básicas

Muchas de las propiedades del nitruro de silicio se deben a esta estructura. Pure Si3N4 es 3119, con dos estructuras cristalinas de y , ambas hexagonales. Su temperatura de descomposición es de 1800 grados en aire y 1850 grados en nitrógeno 011MPa. Si3N4 tiene un bajo coeficiente de expansión térmica y alta conductividad térmica, por lo que tiene una excelente resistencia al choque térmico. El nitruro de silicio sinterizado prensado en caliente no se romperá incluso cuando se calienta a 1000 grados y se pone en agua fría. A una temperatura no demasiado alta, Si3N4 tiene una alta resistencia y resistencia al impacto, pero se dañará con el aumento del tiempo de uso por encima de 1200 grados, reduciendo su fuerza, y es más propenso a sufrir daños por fatiga por encima de 1450 grados, por lo que Si3N4 La temperatura de funcionamiento generalmente no excede los 1300 grados. Debido a la baja densidad teórica de Si3N4, es mucho más liviano que el acero y el acero de superaleación de ingeniería. Por lo tanto, en aquellos lugares que requieren materiales con alta resistencia, baja densidad, alta resistencia a la temperatura y otras propiedades, usar piezas de cerámica de nitruro de silicio para reemplazar el acero aleado es otro momento. Es más que apropiado.

2. Propiedades de los materiales

Como excelente material de ingeniería de alta temperatura, el material cerámico Si3N4 puede tener la mayor ventaja en su aplicación en el campo de alta temperatura. La dirección de desarrollo futuro de Si3N4 es: (1) aprovechar al máximo y utilizar las excelentes características del propio Si3N4; (2) desarrollar nuevos fundentes cuando se sinteriza el polvo de Si3N4 e investigar y controlar los mejores componentes de los fundentes existentes; (3) para mejorar el proceso de molienda, formación y sinterización; ⑷ desarrollar el compuesto de Si3N4 y SiC y otros materiales para producir más materiales compuestos de alto rendimiento. La aplicación de cerámicas Si3N4 en motores de automóviles ha creado una nueva situación para el desarrollo de nuevos materiales estructurales de alta temperatura. La industria del automóvil en sí es una industria multidisciplinar que combina la culminación de varias tecnologías. China es una civilización antigua con una larga historia y ha logrado logros brillantes en la historia del desarrollo de la cerámica. Con el proceso de reforma y apertura, un día, China también se ubicará entre los principales países en la industria automotriz del mundo y creará mayores glorias para el desarrollo de la industria cerámica.

Es extremadamente resistente a altas temperaturas, y su fuerza se puede mantener a una temperatura alta de 1200 grados sin disminuir. No se derretirá después de calentarse y no se descompondrá hasta los 1900 grados. Y la solución de soda cáustica por debajo del 30 por ciento, también puede resistir la corrosión de muchos ácidos orgánicos; al mismo tiempo, es un material aislante eléctrico de alto rendimiento.

3. Método de proceso

Está hecho de polvo de silicio como materia prima, que primero se forma en la forma deseada mediante el método de moldeo habitual, y la nitruración preliminar se lleva a cabo en nitrógeno a una temperatura alta de 1200 grados C, de modo que una parte del polvo de silicio reacciona con nitrógeno para formar nitruro de silicio. Todo el cuerpo ya tiene una cierta fuerza. Luego, la segunda nitruración se lleva a cabo en un horno de alta temperatura de 1350 grados ~ 1450 grados para reaccionar en nitruro de silicio. El nitruro de silicio con una densidad teórica del 99 por ciento se puede obtener mediante sinterización por prensado en caliente.

4. Método de preparación

La tecnología de preparación de piezas cerámicas de nitruro de silicio se ha desarrollado rápidamente en los últimos años. La tecnología de preparación se centra principalmente en el método de sinterización por reacción, el método de sinterización por prensado en caliente, el método de sinterización por presión atmosférica, el método de sinterización por presión de aire y otros tipos. Debido a los diferentes procesos de preparación, varios tipos de cerámica de nitruro de silicio tienen diferentes microestructuras (como porosidad y morfología de poros, morfología de grano, morfología intergranular y contenido de segunda fase intergranular, etc.). Por lo tanto, el rendimiento varía mucho. Para obtener materiales cerámicos de Si3N4 con un rendimiento excelente, primero se debe preparar polvo de Si3N4 de alta calidad. La calidad del polvo de Si3N4 preparado por diferentes métodos no es exactamente la misma, lo que conduce a diferencias en su uso, y el fracaso de muchas aplicaciones de materiales cerámicos a menudo se atribuye a que los desarrolladores no entienden las diferencias entre varios polvos cerámicos, no tienen suficiente comprensión de sus propiedades. En términos generales, el polvo de Si3N4 de alta calidad debe tener las características de alto contenido de fase, composición uniforme, pocas impurezas y distribución uniforme en cerámica, tamaño de partícula pequeño y distribución estrecha del tamaño de partícula y buena dispersabilidad. La fase en un buen polvo de Si3N4 debe representar al menos el 90 por ciento, porque durante el proceso de sinterización de Si3N4, parte de la fase se transformará en fase y no hay suficiente contenido de fase, lo que reducirá la resistencia del material cerámico. .

(1) Método de sinterización por reacción (RS)

Se adopta el método de moldeo general. Primero, el polvo de silicio se presiona en un cuerpo verde de la forma deseada y luego se coloca en un horno de nitruración para la sinterización previa a la nitruración (nitruración parcial). El cuerpo verde previo a la nitruración tiene cierta resistencia y se puede llevar a cabo varios procesos mecánicos (como torneado, cepillado, fresado, taladrado). Finalmente, a una temperatura por encima del punto de fusión del silicio; el cuerpo verde se nitrura y sinteriza completamente de nuevo para obtener productos con un pequeño cambio dimensional (es decir, después de la sinterización del cuerpo verde, la tasa de contracción es muy pequeña, la tasa de contracción lineal es < 0,11="" por="" ciento).="" el="" producto="" se="" puede="" utilizar="" sin="" moler.="" el="" método="" de="" sinterización="" por="" reacción="" es="" adecuado="" para="" la="" fabricación="" de="" piezas="" con="" formas="" complejas="" y="" dimensiones="" precisas,="" y="" el="" costo="" también="" es="" bajo,="" pero="" el="" tiempo="" de="" nitruración="" es="" muy="">

(2) Sinterización por prensado en caliente (HPS)

El polvo de Si3N4 y una pequeña cantidad de aditivos (como MgO, Al2O3, MgF2, Fe2O3, etc.) se prensan en caliente y se sinterizan a una presión superior a 1916 MPa y una temperatura superior a 1600 grados. Las cerámicas de Si3N4 sinterizadas prensadas en caliente utilizadas por algunas empresas en el Reino Unido y los Estados Unidos tienen una resistencia de hasta 981 MPa o más. Los aditivos y la composición de las fases durante la sinterización tienen una gran influencia en las propiedades del producto. Debido al estricto control de la composición de la fase límite de grano y al tratamiento térmico adecuado después de la sinterización de la cerámica Si3N4, los materiales cerámicos de la serie Si3N4 cuya resistencia no disminuirá significativamente incluso cuando la temperatura sea tan alta como 1300 grados (hasta 490 MPa o más). ) se puede obtener, y la resistencia a la fluencia Desnaturalización se puede mejorar en tres órdenes de magnitud. Si el material cerámico Si3N4 se oxida previamente a una temperatura alta de 1400---1500 grados, la fase Si2N2O se formará en la superficie del material cerámico, lo que puede mejorar significativamente la resistencia a la oxidación y la resistencia a altas temperaturas de la cerámica Si3N4. . Las propiedades mecánicas de las cerámicas de Si3N4 producidas por sinterización por prensado en caliente son superiores a las de la sinterización por reacción de Si3N4, con alta resistencia y alta densidad. Sin embargo, el costo de fabricación es alto y el equipo de sinterización es complejo. Debido a la gran contracción del cuerpo sinterizado, la precisión dimensional del producto está limitada hasta cierto punto. Es difícil fabricar piezas complejas. Solo se pueden fabricar piezas con formas simples, y el mecanizado de la pieza de trabajo también es difícil.

(3) Método de sinterización a presión atmosférica (PLS)

En términos de aumentar la presión de la atmósfera de nitrógeno de sinterización, el uso de la temperatura de descomposición de Si3N4 aumenta (generalmente bajo la presión de N2=1atm, de 1800 grados C para descomponerse), después de la sinterización a presión normal en el rango de temperatura de {{4 }} grado C, y luego se lleva a cabo la sinterización a presión de aire en el rango de temperatura de 1800---2000 grado. El propósito de este método es usar presión de aire para promover la densificación de la cerámica Si3N4, mejorando así la resistencia de la cerámica. Las propiedades de los productos obtenidos son ligeramente inferiores a las de la sinterización por prensado en caliente. Las desventajas de este método son similares a las de la sinterización por prensado en caliente.

(4) Método de sinterización a presión de gas (GPS)

En los últimos años, la gente ha investigado mucho sobre la sinterización por presión de aire y ha logrado grandes avances. La sinterización a presión de gas de nitruro de silicio se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 2000 grados bajo una presión de 1 ~ 10MPa. La alta presión de nitrógeno suprime la pirólisis del nitruro de silicio. Debido al uso de sinterización a alta temperatura, la adición de menos auxiliares de sinterización es suficiente para promover el crecimiento de granos de Si3N4 y obtener cerámicas de alta tenacidad con crecimiento in situ de granos columnares largos con una densidad > 99 por ciento. Por lo tanto, la sinterización a presión de aire se puede utilizar en el laboratorio. Ha recibido cada vez más atención en la producción. Las cerámicas de nitruro de silicio sinterizado a presión de gas tienen alta dureza, alta resistencia y buena resistencia al desgaste, y pueden producir directamente varias formas complejas cerca de la forma final, lo que puede reducir en gran medida el costo de producción y el costo de procesamiento. Y su proceso de producción está cerca del proceso de producción de carburo cementado, adecuado para la producción en masa.

5. Estado de la investigación

Para cuerpos sinterizados cerámicos de Si3N4 y Sialon, se proporciona un proceso para formar por superplasticidad sin formar un material compuesto y manteniendo un solo estado, y se proporciona un cuerpo sinterizado formado de acuerdo con el proceso. Cuerpo sinterizado de nitruro de silicio y Sialon con una densidad relativa de más del 95 por ciento y una densidad lineal de 50 μm en la sección transversal bidimensional del cuerpo sinterizado en el rango de 120 a 250; La compresión hace que se produzca una deformación plástica a velocidades de deformación inferiores a 10-1/seg. El cuerpo sinterizado formado tiene excelentes propiedades mecánicas, especialmente a temperatura normal.

La cerámica Si3N4 es un material estructural importante. Es una sustancia superdura, que tiene lubricidad y resistencia al desgaste; no reacciona con otros ácidos inorgánicos, excepto el ácido fluorhídrico, y tiene una fuerte resistencia a la corrosión y resistencia a altas temperaturas. Oxidación. Y puede resistir el choque del frío y el calor. Se puede calentar a más de 1,000 grado en el aire, y no se romperá después de un enfriamiento rápido y un calentamiento rápido. Precisamente por las excelentes propiedades de la cerámica Si3N4, la gente suele utilizarla para fabricar rodamientos. , álabes de turbinas de gas, anillos de sello mecánico, moldes permanentes y otros componentes mecánicos. Si la superficie de calentamiento de los componentes del motor está hecha de cerámica de nitruro de silicio resistente a altas temperaturas y difícil de transferir el calor, no solo puede mejorar la calidad de los motores diésel, ahorrar combustible, sino también mejorar la eficiencia térmica. . China, Estados Unidos, Japón y otros países han desarrollado este motor diesel.

Proceso después de la sinterización

Equipo de procesamiento: equipado con máquina de grabado CNC, rectificado sin centros, rectificado cilíndrico interno y externo, rectificado de superficies, centro de mecanizado de torno CNC, corte de alambre, torneado, fresado, rectificado y otros equipos de producción y prueba de alta precisión.

Moldes y accesorios de inspección

1. Vida útil del molde: generalmente semipermanente. (excepto por la pérdida de espuma).

2. Plazo de entrega del molde: 10-25 días, (según la estructura del producto y el tamaño del producto).

3. Mantenimiento de herramientas y moldes: Zhongwei es responsable de las piezas de precisión.

Control de calidad

1. Control de calidad: la tasa de defectos es inferior al 0.1 por ciento.

2. Las muestras y la ejecución de prueba se inspeccionarán al 100 por ciento durante la producción y antes del envío, la inspección de muestras para la producción en masa de acuerdo con los estándares ISDO o los requisitos del cliente.

3. Equipo de prueba: instrumento de medición de redondez, instrumento de medición de tres coordenadas, instrumento de medición de coordenadas de imagen, instrumento de medición de tres coordenadas hexagonal, instrumento de medición de imagen, instrumento de medición de densidad, instrumento de medición de suavidad, probador de dureza micro Vickers.

Solicitud

Aprovechando el peso ligero y la rigidez del Si3N4, se puede utilizar para fabricar rodamientos de bolas, que tienen mayor precisión que los rodamientos de metal, generan menos calor y pueden funcionar a temperaturas más altas y medios corrosivos. Las boquillas de vapor hechas de cerámica Si3N4 tienen las características de resistencia al desgaste y resistencia al calor. No tienen daños evidentes después de usarse en una caldera de 650 grados durante varios meses, mientras que otras boquillas de aleación de acero resistentes al calor y la corrosión solo se pueden usar durante 1-2 meses en las mismas condiciones. La bujía incandescente Si3N4 desarrollada conjuntamente por el Instituto de Silicato de Shanghai, la Academia de Ciencias de China, el Instituto de Motor de Combustión Interna de Shanghai, el Ministerio de Ingeniería Eléctrica y Mecánica y Zhongwei Precision resuelve el problema del difícil arranque en frío de los motores diésel y es adecuado para uso directo. motores diesel de inyección o inyección no directa. Esta bujía incandescente es el dispositivo de encendido de motores diesel más avanzado e ideal disponible en la actualidad. El Instituto Japonés de Energía Atómica y Mitsubishi Heavy Industries desarrollaron con éxito una nueva bomba de crudo con un rotor compuesto por 11 platos giratorios de cerámica Si3N4 en la carcasa de la bomba. Debido a que la bomba adopta un rotor de cerámica Si3N4 con un pequeño coeficiente de expansión térmica y un cojinete de aire preciso, puede operar normalmente sin lubricación ni medio de enfriamiento. Si esta bomba se combina con una bomba de ultravacío, como una bomba turbomolecular, se puede formar un sistema de vacío adecuado para reactores de fusión nuclear o equipos de procesamiento de semiconductores.

Los anteriores son solo algunos ejemplos de aplicación de las cerámicas Si3N4 como materiales estructurales. Se cree que con la mejora de la tecnología de producción, moldeo, sinterización y procesamiento de polvo de Si3N4, su rendimiento y confiabilidad continuarán mejorando, y las cerámicas de nitruro de silicio se usarán más ampliamente. Debido a la mejora de la pureza de las materias primas de Si3N4, el rápido desarrollo de la tecnología de sinterización y moldeo de polvo de Si3N4 y la continua expansión de los campos de aplicación, el Si3N4 está ocupando una posición cada vez más importante en la industria como cerámica estructural de ingeniería. La cerámica Si3N4 tiene excelentes propiedades integrales y abundantes recursos, y es un material estructural de alta temperatura ideal con amplios campos de aplicación y mercados, y todos los países del mundo compiten por la investigación y el desarrollo. Los materiales cerámicos tienen las características de resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la oxidación, resistencia al choque térmico y baja gravedad específica que son difíciles de comparar con los materiales metálicos generales. Las piezas de cerámica de nitruro de silicio pueden soportar el duro entorno de trabajo que los materiales metálicos o poliméricos son incapaces de soportar, y las piezas de cerámica de nitruro de silicio tienen amplias perspectivas de aplicación. Después de los materiales metálicos y los materiales poliméricos, se ha convertido en el material básico clave que sustenta la industria pilar en el siglo XXI y se ha convertido en uno de los campos de investigación más activos. Hoy en día, los países de todo el mundo otorgan gran importancia a su investigación y desarrollo. Como miembro importante de la familia de cerámicas estructurales de alta temperatura, las primeras cerámicas de Si3N4 tienen propiedades mecánicas, propiedades térmicas y estabilidad química más excelentes que otras cerámicas estructurales de alta temperatura, como las cerámicas de óxido y las cerámicas de carburo. Por lo tanto, se consideran los materiales más prometedores en cerámica estructural de alta temperatura.