シリコンナトリドセラミックス Si3n4 セラミックス回転ボール/ロールラーリング

窒化ケイ素の種類

窒化ケイ素を製造するために使用される方法はいくつかあり、すべてわずかに異なる特性を持つ材料を生成します。

• 反応焼結窒化ケイ素 (RBSN)

• 焼結反応焼結窒化ケイ素 (SRBSN)

• ガス圧焼結窒化ケイ素 (GPSN)

• 熱間圧延窒化ケイ素 (HPSN)

• 熱間静水圧焼結窒化ケイ素 (HIP-SN)

反応焼結窒化ケイ素 (RBSN)

初期の窒化ケイ素時代には、窒化ケイ素粉末の製造が困難であったため、すべて反応結合によって作られました。この方法では、シリコンコンパクトを窒素が豊富な雰囲気中で加熱します。窒素はシリコン粉末に結合して、多孔質で完全には緻密でない窒化ケイ素本体を生成します。このプロセスでは収縮がほとんどないため、グリーン加工（焼結前のコンパクトの機械加工）が非常に効果的です。RBSNの機械的特性は、その限られた密度（約70〜85％）のため、良好ではありません。さらに、その低密度によって引き起こされる細孔構造は、高い酸化速度と低い耐浸食性につながります。通常、高温/熱衝撃用途で使用されます。

焼結反応焼結窒化ケイ素 (SRBSN)

反応焼結焼結法は上記と同じプロセスを使用しますが、焼結助剤が元の粉末に含まれており（液相焼結を促進するため）、追加の焼結プロセスが続きます。シリカコンパクトが窒化された後、多孔質の窒化ケイ素本体は高圧窒化炉に入れられ、細孔を除去し、より緻密な製品を生成します。この方法はかなり古く、初期には窒化ケイ素粉末の製造が困難であったため、主にこの方法が使用されていました。

ガス圧焼結窒化ケイ素 (GPSN)

これは、高強度で複雑な形状の窒化ケイ素部品を製造するための最も一般的な方法です。GPSN法では、液相焼結を促進するための焼結助剤（通常はイットリア、酸化マグネシウム、および/またはアルミナ）と、グリーンセラミック本体の機械的強度を向上させるためのバインダーが混合された窒化ケイ素粉末を使用します。粉末は目的の形状にプレスされ、グリーン加工を行うことができます。次に、コンパクトは、緻密化を助け、シリコン、窒素、および添加物の蒸発/分解を防ぐために、加圧された窒素雰囲気を持つ炉に入れられます。

ガス圧焼結窒化ケイ素 (GPSN)

Precision Ceramicsは、優れた表面仕上げに精密に加工された一連の標準的な窒化ケイ素セラミックロッドを在庫しています。これらのロッドは、ベアリング、ピストン、エンジン部品、またはその他のさまざまなアセンブリで使用できます。さらに、Precision Ceramicsは、カスタム窒化ケイ素部品製造のための完全な機械加工/研削サービスを提供しています。

熱間圧延窒化ケイ素 (HPSN)

HPSNは、熱を加えながら窒化ケイ素粉末（焼結添加剤を含む）を一軸方向にプレスすることによって製造されます。このプロセスには、特別なタイプのプレスとダイが必要です。優れた機械的特性を持つ窒化ケイ素を生成しますが、単純な形状しか製造できません。熱間圧延された部品をグリーン加工することは不可能であるため、複雑な形状を作成する唯一の方法はダイヤモンド研削です。ダイヤモンド研削と熱間圧延に関連する高いコストと困難さから、その使用は通常、少量の単純な部品の製造に限定されます。

熱間静水圧焼結窒化ケイ素 (HIP-SN)

この方法は、高圧と高温を使用して窒化ケイ素粉末を固めます。閉じた多孔性を持つ窒化ケイ素本体は、最大2000バールで不活性ガスを介して静水圧プレスされます（すべての面に均一な圧力がかかる）一方、チャンバーは同時に加熱されます。このプロセスは、焼結中に材料から細孔/欠陥を効果的に押し出し、密度を理論値に近づけます。HIP処理は機械的特性と信頼性を向上させますが、非常に高価なプロセスであり、通常は非常に限られた状況でのみ使用されます。

窒化ケイ素の機械加工

窒化ケイ素は、グリーン、ビスケット、または完全に緻密な状態で機械加工できます。グリーンまたはビスケットの形態では、比較的簡単に複雑な形状に機械加工できます。ただし、材料を完全に緻密化するために必要な焼結プロセスにより、窒化ケイ素本体は約20％収縮します。この収縮は、焼結前の窒化ケイ素の機械加工時に非常に厳しい公差を維持することが不可能であることを意味します。非常に厳しい公差を達成するには、完全に焼結された材料をダイヤモンド工具で機械加工/研削する必要があります。このプロセスでは、非常に精密なダイヤモンドコーティングされた工具/ホイールを使用して、目的の形状が作成されるまで材料を研磨します。材料の固有の靭性と硬度により、これは時間のかかる高コストなプロセスになる可能性があります。