Ceramika azotku krzemu Si3n4 Ceramika Obrotowe Kule / Rolki Łożyska

Rodzaje azotku krzemu

Istnieje kilka różnych metod stosowanych do produkcji azotku krzemu, wszystkie wytwarzają materiały o nieznacznie różnych właściwościach.

• Azotek krzemu wiązany reakcyjnie (RBSN)

• Spiekany azotek krzemu wiązany reakcyjnie (SRBSN)

• Azotek krzemu spiekany pod ciśnieniem gazu (GPSN)

• Azotek krzemu prasowany na gorąco (HPSN)

• Azotek krzemu prasowany izostatycznie na gorąco (HIP-SN)

Azotek krzemu wiązany reakcyjnie (RBSN)

We wczesnych czasach azotku krzemu wszystko było wytwarzane metodą wiązania reakcyjnego ze względu na trudności w produkcji proszku azotku krzemu. W tej metodzie kompakt krzemowy jest podgrzewany w atmosferze bogatej w azot – azot wiąże się z proszkiem krzemowym, tworząc porowate i nie w pełni gęste ciało azotku krzemu. W tym procesie występuje niewielki skurcz, dzięki czemu obróbka na zielono (obróbka kompaktów przed spiekaniem) jest bardzo skuteczna. Właściwości mechaniczne RBSN nie są dobre ze względu na jego ograniczoną gęstość (około 70 – 85%). Ponadto struktura porów spowodowana niską gęstością prowadzi do wysokich szybkości utleniania i słabej odporności na erozję. Zazwyczaj jest stosowany w zastosowaniach wysokotemperaturowych/szokach termicznych.

Spiekany azotek krzemu wiązany reakcyjnie (SRBSN)

Metoda spiekania wiązanego reakcyjnie wykorzystuje ten sam proces, co powyżej, jednak do oryginalnego proszku dodawane są dodatki do spiekania (w celu promowania spiekania w fazie ciekłej), a następnie następuje dodatkowy proces spiekania. Po azotowaniu kompakt krzemionkowy, porowate ciało azotku krzemu jest następnie umieszczane w piecu do azotowania wysokociśnieniowego w celu usunięcia porów i wytworzenia znacznie gęstszego produktu. Metoda ta jest dość przestarzała i była stosowana głównie ze względu na trudności związane z produkcją proszku azotku krzemu we wczesnych latach.

Azotek krzemu spiekany pod ciśnieniem gazu (GPSN)

Jest to najpopularniejsza metoda produkcji wysokowytrzymałych i złożonych geometrycznie elementów z azotku krzemu. Metoda GPSN wykorzystuje proszek azotku krzemu, który został zmieszany z dodatkami do spiekania w celu promowania spiekania w fazie ciekłej (zazwyczaj itria, tlenek magnezu i/lub tlenek glinu), a także spoiwami w celu poprawy wytrzymałości mechanicznej zielonego korpusu ceramicznego. Proszek jest prasowany do pożądanego kształtu i może nastąpić obróbka na zielono. Kompakty są następnie umieszczane w piecu, który ma atmosferę azotową pod ciśnieniem, aby wspomóc zagęszczanie i zapobiec parowaniu/rozkładowi krzemu, azotu i dodatków.

Azotek krzemu spiekany pod ciśnieniem gazu (GPSN)

Precision Ceramics posiada w ofercie szereg standardowych ceramicznych prętów z azotku krzemu, wszystkie precyzyjnie obrabiane do doskonałego wykończenia powierzchni. Pręty te mogą być używane jako łożyska, tłoki, elementy silników lub w wielu innych zespołach. Ponadto Precision Ceramics oferuje pełne usługi obróbki/szlifowania dla niestandardowej produkcji komponentów z azotku krzemu.

Azotek krzemu prasowany na gorąco (HPSN)

HPSN jest wytwarzany przez jednoosiowe prasowanie proszku azotku krzemu (z dodatkami do spiekania) przy jednoczesnym przykładaniu ciepła. Do tego procesu wymagany jest specjalny rodzaj prasy i matrycy. Wytwarza azotek krzemu o doskonałych właściwościach mechanicznych, jednak można wytwarzać tylko proste kształty. Ponieważ niemożliwe jest obrabianie na zielono komponentu, który jest prasowany na gorąco, szlifowanie diamentowe jest jedynym sposobem na tworzenie złożonych geometrii. Ze względu na wysokie koszty i trudności związane ze szlifowaniem diamentowym i prasowaniem na gorąco, jego zastosowanie jest zwykle ograniczone do produkcji prostych komponentów w małych ilościach.

Azotek krzemu prasowany izostatycznie na gorąco (HIP-SN)

Metoda ta konsoliduje proszek azotku krzemu za pomocą wysokich ciśnień i wysokich temperatur. Korpus azotku krzemu o zamkniętej porowatości jest prasowany izostatycznie (jednolite ciśnienie ze wszystkich stron) za pomocą gazu obojętnego do 2000 bar, podczas gdy komora jest jednocześnie podgrzewana. Proces ten skutecznie wyciska wszelkie pory/wady z materiału podczas spiekania i zbliża gęstość do teoretycznej. HIPing poprawia właściwości mechaniczne i niezawodność, jednak jest to kosztowny proces, który jest zwykle stosowany tylko w bardzo wybranych okolicznościach.

Obróbka azotku krzemu

Azotek krzemu może być obrabiany w stanie zielonym, biszkoptowym lub w pełni zagęszczonym. W postaci zielonej lub biszkoptowej można go stosunkowo łatwo obrabiać do złożonych geometrii. Jednak proces spiekania, który jest wymagany do pełnego zagęszczenia materiału, powoduje, że korpus azotku krzemu kurczy się o około 20%. Ten skurcz oznacza, że ​​niemożliwe jest utrzymanie bardzo wąskich tolerancji podczas obróbki azotku krzemu przed spiekaniem. Aby uzyskać bardzo wąskie tolerancje, w pełni spiekany materiał musi być obrabiany/szlifowany narzędziami diamentowymi. Proces ten wykorzystuje bardzo precyzyjne narzędzie/koło pokryte diamentem do ścierania materiału, aż do uzyskania pożądanego kształtu. Ze względu na inherentną wytrzymałość i twardość materiału, może to być proces czasochłonny i kosztowny.