Silicon Nitride Keramiek Si3n4 Keramiek Roterende Kogellagers / Rollagers

Soorten siliciumnitride

Er zijn verschillende methoden om siliciumnitride te produceren, die allemaal materialen produceren met enigszins verschillende eigenschappen.

• Reaction-Bonded Silicon Nitride (RBSN)

• Gesinterd Reaction-Bonded Silicon Nitride (SRBSN)

• Gas Pressure Sintered Silicon Nitride (GPSN)

• Hot Pressed Silicon Nitride (HPSN)

• Hot Isostatically Pressed Silicon Nitride (HIP-SN)

Reaction-Bonded Silicon Nitride (RBSN)

In de beginperiode van siliciumnitride werd het allemaal gemaakt via reactiebinding vanwege de moeilijkheid om siliciumnitridepoeder te produceren. Met deze methode wordt een siliciumcompact verwarmd in een stikstofrijke atmosfeer – de stikstof bindt zich aan het siliciumpoeder om een poreus en niet volledig dicht siliciumnitride-lichaam te produceren. Er is weinig krimp in dit proces, waardoor groenbewerking (het bewerken van het compact vóór het sinteren) zeer effectief is. De mechanische eigenschappen van RBSN zijn niet goed vanwege de beperkte dichtheid (ongeveer 70 – 85%). Bovendien leidt de poriestructuur die wordt veroorzaakt door de lage dichtheid tot hoge oxidatiesnelheden en een slechte erosiebestendigheid. Het wordt doorgaans gebruikt in toepassingen met hoge temperaturen/thermische schokken.

Gesinterd Reaction-Bonded Silicon Nitride (SRBSN)

De Reaction Bonded Sintered-methode gebruikt hetzelfde proces als hierboven, maar er worden sinterhulpmiddelen toegevoegd aan het oorspronkelijke poeder (om vloeibare fase-sintering te bevorderen) en er volgt een extra sinterproces. Nadat het siliciumcompact is genitreerd, wordt het poreuze siliciumnitride-lichaam in een hogedruk-nitreeroven geplaatst om de poriën te verwijderen en een veel dichter product te produceren. Deze methode is vrij gedateerd en werd voornamelijk gebruikt vanwege de moeilijkheid die gepaard ging met het produceren van siliciumnitridepoeder in de beginperiode.

Gas Pressure Sintered Silicon Nitride (GPSN)

Dit is de meest populaire methode voor het produceren van zeer sterke en complexe geometrie siliciumnitride-componenten. De GPSN-methode gebruikt een siliciumnitridepoeder dat is gemengd met sinterhulpmiddelen om vloeibare fase-sintering te bevorderen (meestal yttria, magnesiumoxide en/of alumina) en bindmiddelen om de mechanische sterkte van het groene keramische lichaam te verbeteren. Het poeder wordt in de gewenste vorm geperst en groenbewerking kan plaatsvinden. De compacten worden vervolgens in een oven geplaatst met een onder druk staande stikstofatmosfeer om de verdichting te bevorderen en de verdamping/ontleding van het silicium, stikstof en additieven te voorkomen.

Gas Pressure Sintered Silicon Nitride (GPSN)

Precision Ceramics heeft een reeks standaard siliciumnitride keramische staven op voorraad, allemaal precisie gedraaid tot een uitstekende oppervlakteafwerking. Deze staven kunnen worden gebruikt als lagers, zuigers, motoronderdelen of in een verscheidenheid aan andere assemblages. Daarnaast biedt Precision Ceramics volledige bewerkings-/slijpdiensten voor de productie van op maat gemaakte siliciumnitride-componenten.

Hot Pressed Silicon Nitride (HPSN)

HPSN wordt geproduceerd door siliciumnitridepoeder (met sinteradditieven) uniaxiaal te persen terwijl tegelijkertijd warmte wordt toegepast. Voor dit proces is een speciaal type pers en matrijs vereist. Het produceert een siliciumnitride met uitstekende mechanische eigenschappen, maar er kunnen alleen eenvoudige vormen worden geproduceerd. Omdat het onmogelijk is om een component dat heetgeperst is groen te bewerken, is diamantslijpen de enige manier om complexe geometrieën te creëren. Vanwege de hoge kosten en moeilijkheden die gepaard gaan met diamantslijpen en heetpersen, is het gebruik ervan doorgaans beperkt tot de productie van eenvoudige componenten in kleine hoeveelheden.

Hot Isostatic Pressed Silicon Nitride (HIP-SN)

Deze methode consolideert het siliciumnitridepoeder door hoge drukken en hoge temperaturen te gebruiken. Een siliciumnitride-lichaam met gesloten porositeit wordt isostatisch geperst (uniforme druk aan alle kanten) via een inert gas bij maximaal 2000 bar, terwijl de kamer tegelijkertijd wordt verwarmd. Dit proces perst effectief alle poriën/defecten uit het materiaal terwijl het wordt gesinterd en brengt de dichtheid dichter bij de theoretische waarde. HIPing verbetert de mechanische eigenschappen en betrouwbaarheid, maar het is een duur proces dat doorgaans alleen in zeer specifieke omstandigheden wordt gebruikt.

Siliciumnitridebewerking

Siliciumnitride kan in groene, biscuit- of volledig dichte toestand worden bewerkt. In de groene of biscuitvorm kan het relatief eenvoudig in complexe geometrieën worden bewerkt. Het sinterproces dat nodig is om het materiaal volledig te verdichten, zorgt er echter voor dat het siliciumnitride-lichaam met ongeveer 20% krimpt. Deze krimp betekent dat het onmogelijk is om zeer nauwe toleranties aan te houden bij het bewerken van siliciumnitride vóór het sinteren. Om zeer nauwe toleranties te bereiken, moet volledig gesinterd materiaal worden bewerkt/geslepen met diamantgereedschap. Dit proces gebruikt een zeer precies met diamant gecoat gereedschap/wiel om het materiaal weg te slijten totdat de gewenste vorm is gecreëerd. Vanwege de inherente taaiheid en hardheid van het materiaal kan dit een tijdrovend en kostbaar proces zijn.