Керамика из нитрида кремния Si3n4 Керамика Вращающиеся шарики / Роликовые подшипники

Типы нитрида кремния

Существует несколько различных методов производства нитрида кремния, все они производят материалы с несколько отличающимися свойствами.

• Реакционно-связанный нитрид кремния (RBSN)

• Спеченный реакционно-связанный нитрид кремния (SRBSN)

• Нитрид кремния, спеченный под давлением газа (GPSN)

• Горячепрессованный нитрид кремния (HPSN)

• Горячеизостатически прессованный нитрид кремния (HIP-SN)

Реакционно-связанный нитрид кремния (RBSN)

В первые дни нитрида кремния все производилось методом реакционного связывания из-за сложности получения порошка нитрида кремния. При этом методе кремниевый компактик нагревается в атмосфере, богатой азотом – азот связывается с кремниевым порошком, образуя пористое и не полностью плотное тело из нитрида кремния. Усадка в этом процессе невелика, что делает зеленую обработку (обработку компактика перед спеканием) очень эффективной. Механические свойства RBSN не очень хорошие из-за его ограниченной плотности (приблизительно 70 – 85%). Кроме того, структура пор, вызванная его низкой плотностью, приводит к высоким скоростям окисления и плохой устойчивости к эрозии. Обычно он используется в высокотемпературных/термических ударных применениях.

Спеченный реакционно-связанный нитрид кремния (SRBSN)

Метод спекания с реакционным связыванием использует тот же процесс, что и выше, однако в исходный порошок добавляются добавки для спекания (для содействия спеканию в жидкой фазе), а затем следует дополнительный процесс спекания. После нитридирования кремнеземного компактика пористое тело из нитрида кремния помещается в печь для нитридирования высокого давления для удаления пор и получения гораздо более плотного продукта. Этот метод довольно устарел и использовался преимущественно из-за трудностей, связанных с производством порошка нитрида кремния в первые дни.

Нитрид кремния, спеченный под давлением газа (GPSN)

Это наиболее популярный метод производства высокопрочных и сложных по геометрии компонентов из нитрида кремния. Метод GPSN использует порошок нитрида кремния, который был смешан с добавками для спекания, чтобы способствовать спеканию в жидкой фазе (обычно иттрия, оксида магния и/или глинозема), а также связующими веществами для улучшения механической прочности зеленого керамического тела. Порошок прессуется в желаемую форму, и может быть выполнена зеленая обработка. Затем компактики помещаются в печь с атмосферой азота под давлением, чтобы помочь уплотнению и предотвратить испарение/разложение кремния, азота и добавок.

Нитрид кремния, спеченный под давлением газа (GPSN)

Precision Ceramics поставляет широкий ассортимент стандартных керамических стержней из нитрида кремния, все они прецизионно обточены до превосходной чистоты поверхности. Эти стержни могут использоваться в качестве подшипников, поршней, компонентов двигателей или в различных других узлах. Кроме того, Precision Ceramics предлагает полный спектр услуг по механической обработке/шлифовке для изготовления компонентов из нитрида кремния на заказ.

Горячепрессованный нитрид кремния (HPSN)

HPSN производится путем одноосного прессования порошка нитрида кремния (с добавками для спекания) при одновременном нагреве. Для этого процесса требуется специальный тип пресса и матрицы. Он производит нитрид кремния с отличными механическими свойствами, однако можно производить только простые формы. Поскольку невозможно выполнить зеленую обработку компонента, который был горячепрессован, алмазное шлифование - единственный способ создать сложные геометрии. Из-за высоких затрат и трудностей, связанных с алмазным шлифованием и горячим прессованием, его использование обычно ограничивается производством простых компонентов в небольших количествах.

Горячеизостатически прессованный нитрид кремния (HIP-SN)

Этот метод уплотняет порошок нитрида кремния, используя высокое давление и высокие температуры. Тело из нитрида кремния с закрытой пористостью изостатически прессуется (равномерное давление со всех сторон) с помощью инертного газа при давлении до 2000 бар, в то время как камера одновременно нагревается. Этот процесс эффективно выжимает любые поры/дефекты из материала во время спекания и приближает плотность к теоретической. HIPing улучшает механические свойства и надежность, однако это дорогостоящий процесс, который обычно используется только в очень редких обстоятельствах.

Механическая обработка нитрида кремния

Нитрид кремния может быть обработан в зеленом, бисквитном или полностью плотном состоянии. В зеленом или бисквитном виде его можно относительно легко обработать в сложные геометрии. Однако процесс спекания, который требуется для полного уплотнения материала, приводит к усадке тела из нитрида кремния примерно на 20%. Эта усадка означает, что невозможно выдержать очень жесткие допуски при механической обработке нитрида кремния до спекания. Чтобы достичь очень жестких допусков, полностью спеченный материал должен быть обработан/отшлифован алмазными инструментами. В этом процессе используется очень точный инструмент/круг с алмазным покрытием для истирания материала до создания желаемой формы. Из-за присущей материалу прочности и твердости, этот процесс может быть трудоемким и дорогостоящим.