Hoogtemperatuurbestendige Si3N4 siliciumnitried keramische staaf met 18 Gpa hardheid en corrosiebestandheid

Aangepaste verwerking Si3N4 hittebestendige siliciumnitride keramische staafonderdelen

Vanwege hun uitstekende slijtvastheid, corrosieweerstand, hoge temperatuurbestendigheid en lage dichtheidseigenschappen worden keramische materialen erkend als een van de meest levendige nieuwe materialen in de 21e eeuw. Ze worden naast metalen materialen, polymeermaterialen en composietmaterialen geclassificeerd als de vier hedendaagse technische materialen.

Keramische materialen worden op basis van prestaties en gebruik onderverdeeld in traditionele keramiek en geavanceerde keramiek. Geavanceerde keramiek verschilt aanzienlijk van traditionele keramiek wat betreft grondstoffen, structuur en bereidingstechnieken. Hun prestaties variëren ook aanzienlijk, waarbij geavanceerde keramische materialen in bepaalde eigenschappen moderne hoogwaardige legeringen en polymeermaterialen overtreffen.

Siliciumnitride (Si3N4) bevat drie kristalvormen, waarvan er twee veel voorkomen: α-Si3N4 (naaldachtige kristallen, wit of gebroken wit) en β-Si3N4 (donkerder gekleurd, dicht korrelig veelvlak of kort prisma). Beide zijn zeshoekige structuren.

• Thermische eigenschappen: Vuurvaste substantie voor hoge temperaturen zonder smeltpunt, ontleedt bij ongeveer 1900°C onder normale druk
• Sterke kruipweerstand onder hoge druk
• Het verwekingspunt van de reactie van gesinterd siliciumnitride zonder bindmiddel kan 1800°C bereiken
• Goede thermische geleidbaarheid
• Kleine thermische uitzettingscoëfficiënt
• Uitstekende elektrische isolatieprestaties met kleine diëlektrische coëfficiënt en hoge doorslagspanning

• Oxidatieweerstand: Reageert niet met zuurstof in een droge atmosfeer beneden 800°C
• Corrosiebestendigheid van gesmolten metaal: Bestand tegen infiltratie en corrosie door smeltingen van elementair metaal (behalve koper)
• Weerstand tegen zuur-, alkali- en zoutcorrosie: Oplosbaar in fluorwaterstofzuur, maar bestand tegen verdunde zuren

• Uitstekende sterkte bij hoge temperaturen met minimale verzwakking bij 1200°C vergeleken met sterkte bij kamertemperatuur
• Zeer lage kruipsnelheid bij hoge temperaturen dankzij sterke covalente bindingen
• Hoge hardheid, de tweede alleen voor superharde materialen zoals diamant, kubieke BN en B4C
• Lage wrijvingscoëfficiënt met zelfsmerende eigenschappen vergelijkbaar met geoliede metalen oppervlakken

Gesinterd siliciumnitride wordt voornamelijk in de auto-industrie gebruikt als materiaal voor motoronderdelen. Toepassingen zijn onder meer tuimelblokken met minder slijtage in motoren met vonkontsteking, turbocompressoren voor verminderde traagheid en motorvertraging, en uitlaatgasregelkleppen voor verbeterde acceleratie.

Siliciumnitride-keramiek biedt een uitstekende slagvastheid in vergelijking met andere keramiek. Siliciumnitride-kogellagers worden gebruikt in prestatietoepassingen, waaronder hoofdmotoren van NASA Space Shuttles, hoogwaardige autolagers, industriële lagers, windturbines en diverse sportuitrusting.

Bulk monolithisch siliciumnitride dient als snijgereedschapsmateriaal vanwege zijn hardheid, thermische stabiliteit en slijtvastheid. In het bijzonder aanbevolen voor snelle bewerking van gietijzer, hard staal en legeringen op nikkelbasis.

Wordt gebruikt als isolatoren en chemische barrières bij de productie van geïntegreerde schakelingen, zorgt voor elektrische isolatie en dient als etsmaskers. Superieur aan siliciumdioxide als passivatielaag voor microchips vanwege betere diffusiebarrière-eigenschappen tegen watermoleculen en natriumionen.