Peças de cerâmica de nitreto de silício

A cerâmica de nitreto de silício é uma cerâmica de material inorgânico que não encolhe durante a sinterização. O nitreto de silício é muito forte, especialmente o nitreto de silício prensado a quente, que é uma das substâncias mais duras do mundo. As peças cerâmicas de nitreto de silício têm as propriedades de alta resistência, baixa densidade e resistência a altas temperaturas.

A cerâmica Si3N4 é um composto de ligação covalente, a unidade estrutural básica é o tetraedro [SiN4], o átomo de silício está localizado no centro do tetraedro e há quatro átomos de nitrogênio ao seu redor, localizados nos quatro vértices do tetraedro, e então a cada três Cada tetraedro compartilha a forma de um átomo, formando uma estrutura de rede contínua e sólida no espaço tridimensional.

A Zhongwei Precision está empenhada em fornecer aos clientes nacionais e estrangeiros cerâmicas avançadas com alta resistência, alta tenacidade, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e resistência a altas temperaturas. É uma empresa de alta tecnologia que integra P&D, produção e vendas de produtos cerâmicos avançados de precisão industrial no campo da cerâmica de precisão. Com uma variedade de equipamentos modernos de alta precisão, realizou de forma independente a conclusão de todo o processo de produção de peças cerâmicas desde a preparação de pó cerâmico, moldagem de corpo verde, sinterização de alta temperatura até acabamento de material cerâmico.

Descrição do produtocripção

1. Padrões de implementação: a empresa implementa rigorosamente a certificação ISO9001, e os produtos passaram pela certificação ROHS, FDA UE, etc.

2. Padrões de material do produto: ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Principais processos: rejuntamento, moldagem por injeção, fundição de fita, prensagem isostática, impressão 3D

4. Materiais disponíveis para cerâmica:

Produz principalmente hastes cerâmicas acabadas, tubos cerâmicos, anéis cerâmicos, placas cerâmicas, ventosas cerâmicas, lâminas cerâmicas e outras estruturas cerâmicas de formato especial. Os principais materiais cerâmicos são alumina, zircônia, carboneto de silício, nitreto de silício e cerâmica de nitreto de alumínio. Resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, resistência ácida e alcalina, antimagnética, resistência à pressão. E impressão 3D, etc. são personalizados de acordo com os requisitos do cliente.

Tubo combinado, sua alta resistência ao desgaste resiste efetivamente ao desgaste e ao impacto do material.

O método de preparação e a situação atual do produto

1. Propriedades básicas

Muitas das propriedades do nitreto de silício são devidas a esta estrutura. O Si3N4 puro é 3119, com duas estruturas cristalinas de e , ambas hexagonais. Sua temperatura de decomposição é de 1800 graus no ar e 1850 graus em nitrogênio 011MPa. O Si3N4 possui baixo coeficiente de expansão térmica e alta condutividade térmica, por isso possui excelente resistência ao choque térmico. O nitreto de silício sinterizado prensado a quente não quebrará mesmo quando for aquecido a 1000 graus e colocado em água fria. Em temperatura não muito alta, Si3N4 tem alta resistência e resistência ao impacto, mas será danificado com o aumento do tempo de uso acima de 1200 graus, reduzindo sua resistência e é mais propenso a danos por fadiga acima de 1450 graus, então Si3N4 A temperatura de operação geralmente não excede 1300 graus. Devido à baixa densidade teórica do Si3N4, é muito mais leve que o aço e o aço superligado de engenharia. Portanto, naqueles locais que exigem materiais com alta resistência, baixa densidade, resistência a altas temperaturas e outras propriedades, usar peças cerâmicas de nitreto de silício para substituir o aço-liga é outra hora. É mais do que apropriado.

2. Propriedades do material

Como um excelente material de engenharia de alta temperatura, o material cerâmico Si3N4 pode ter a maior vantagem em sua aplicação no campo de alta temperatura. A direção de desenvolvimento futuro do Si3N4 é: (1) dar pleno uso e utilizar as excelentes características do próprio Si3N4; (2) desenvolver alguns novos fluxos quando o pó de Si3N4 é sinterizado e pesquisar e controlar os melhores componentes dos fluxos existentes; (3) melhorar o processo de moagem, conformação e sinterização; ⑷ desenvolver o compósito de Si3N4 e SiC e outros materiais para produzir mais materiais compósitos de alto desempenho. A aplicação da cerâmica Si3N4 em motores de automóveis criou uma nova situação para o desenvolvimento de novos materiais estruturais de alta temperatura. A própria indústria automobilística é uma indústria multidisciplinar que combina a culminação de várias tecnologias. A China é uma civilização antiga com uma longa história e fez conquistas brilhantes na história do desenvolvimento da cerâmica. Com o processo de reforma e abertura, um dia, a China também estará entre os principais países da indústria automobilística mundial e criará maiores glórias para o desenvolvimento da indústria cerâmica.

É extremamente resistente a altas temperaturas, e sua força pode ser mantida a uma alta temperatura de 1200 graus sem diminuir. Ele não derreterá depois de ser aquecido e não se decomporá até 1900 graus. E solução de soda cáustica abaixo de 30 por cento, também pode resistir à corrosão de muitos ácidos orgânicos; ao mesmo tempo, é um material isolante elétrico de alto desempenho.

3. Método de processo

É feito de pó de silício como matéria-prima, que é primeiro moldado na forma desejada pelo método de moldagem usual, e a nitretação preliminar é realizada em nitrogênio a alta temperatura de 1200 graus C, para que uma parte do pó de silício reaja com nitrogênio para formar nitreto de silício. Todo o corpo já tem uma certa força. Em seguida, a segunda nitretação é realizada em um forno de alta temperatura de 1350 graus ~ 1450 graus para reagir em nitreto de silício. O nitreto de silício com uma densidade teórica de 99% pode ser obtido por sinterização por prensagem a quente.

4. Método de preparação

A tecnologia de preparação de peças cerâmicas de nitreto de silício desenvolveu-se rapidamente nos últimos anos. A tecnologia de preparação se concentra principalmente no método de sinterização por reação, método de sinterização por prensagem a quente, método de sinterização por pressão atmosférica, método de sinterização por pressão de ar e outros tipos. Devido aos diferentes processos de preparação, vários tipos de cerâmicas de nitreto de silício têm microestruturas diferentes (como porosidade e morfologia de poros, morfologia de grão, morfologia intergranular e conteúdo de segunda fase intergranular, etc.). Portanto, o desempenho varia muito. Para obter materiais cerâmicos Si3N4 com excelente desempenho, o pó Si3N4 de alta qualidade deve ser preparado primeiro. A qualidade do pó de Si3N4 preparado por diferentes métodos não é exatamente a mesma, o que leva a diferenças em seu uso, e o fracasso de muitas aplicações de materiais cerâmicos é frequentemente atribuído a porque os desenvolvedores não entendem as diferenças entre vários pós cerâmicos, eles têm compreensão de suas propriedades. De um modo geral, o pó de Si3N4 de alta qualidade deve ter as características de alto teor de fase, composição uniforme, poucas impurezas e distribuição uniforme em cerâmica, tamanho de partícula pequeno e distribuição de tamanho de partícula estreita e boa dispersibilidade. A fase em um bom pó de Si3N4 deve representar pelo menos 90%, pois durante o processo de sinterização do Si3N4, parte da fase se transformará em fase, e não há conteúdo de fase suficiente, o que reduzirá a resistência do material cerâmico .

(1) Método de sinterização por reação (RS)

O método de moldagem geral é adotado. Primeiro, o pó de silício é prensado em um corpo verde com a forma desejada e, em seguida, colocado em um forno de nitretação para sinterização de pré-nitretação (nitretação parcial). O corpo verde de pré-nitretação tem uma certa resistência e pode ser realizado vários processamentos mecânicos (como torneamento, aplainamento, fresamento, perfuração). Finalmente, a uma temperatura acima do ponto de fusão do silício; o corpo verde é novamente totalmente nitretado e sinterizado para obter produtos com pouca alteração dimensional (ou seja, após a sinterização do corpo verde, a taxa de retração é muito pequena, a taxa de retração linear é < 011="" por="" cento).="" o="" produto="" pode="" ser="" usado="" sem="" moagem.="" o="" método="" de="" sinterização="" por="" reação="" é="" adequado="" para="" a="" fabricação="" de="" peças="" com="" formas="" complexas="" e="" dimensões="" precisas,="" e="" o="" custo="" também="" é="" baixo,="" mas="" o="" tempo="" de="" nitretação="" é="" muito="">

(2) Sinterização por prensa a quente (HPS)

O pó de Si3N4 e uma pequena quantidade de aditivos (como MgO, Al2O3, MgF2, Fe2O3, etc.) são prensados ​​a quente e sinterizados a uma pressão acima de 1916 MPa e uma temperatura acima de 1600 graus. As cerâmicas Si3N4 sinterizadas prensadas a quente usadas por algumas empresas no Reino Unido e nos Estados Unidos têm uma resistência tão alta quanto 981MPa ou mais. Os aditivos e a composição das fases durante a sinterização têm grande influência nas propriedades do produto. Devido ao controle rigoroso da composição da fase do contorno de grão e tratamento térmico adequado após a sinterização da cerâmica Si3N4, os materiais cerâmicos da série Si3N4 cuja resistência não diminuirá significativamente mesmo quando a temperatura for tão alta quanto 1300 graus (até 490MPa ou mais ) pode ser obtido, e a resistência à fluência A desnaturação pode ser melhorada em três ordens de grandeza. Se o material cerâmico Si3N4 for pré-oxidado a uma alta temperatura de 1400---1500 graus, a fase Si2N2O será formada na superfície do material cerâmico, o que pode melhorar significativamente a resistência à oxidação e a resistência a altas temperaturas da cerâmica Si3N4 . As propriedades mecânicas das cerâmicas de Si3N4 produzidas por sinterização por prensagem a quente são superiores às da sinterização por reação de Si3N4, com alta resistência e alta densidade. No entanto, o custo de fabricação é alto e o equipamento de sinterização é complexo. Devido ao grande encolhimento do corpo sinterizado, a precisão dimensional do produto é limitada até certo ponto. É difícil fabricar peças complexas. Somente peças com formas simples podem ser fabricadas, e a usinagem da peça também é difícil.

(3) Método de sinterização por pressão atmosférica (PLS)

Em termos de aumentar a pressão da atmosfera de nitrogênio de sinterização, o uso de Si3N4 temperatura de decomposição aumenta (geralmente sob pressão de N2=1atm, de 1800 graus C para se decompor), após sinterização de pressão normal na faixa de temperatura de {{4 }} graus C e, em seguida, a sinterização por pressão de ar é realizada na faixa de temperatura de 1800---2000 graus. O objetivo deste método é usar a pressão do ar para promover a densificação da cerâmica Si3N4, melhorando assim a resistência da cerâmica. As propriedades dos produtos obtidos são ligeiramente inferiores às da sinterização por prensagem a quente. As desvantagens deste método são semelhantes à sinterização por prensagem a quente.

(4) Método de sinterização por pressão de gás (GPS)

Nos últimos anos, as pessoas realizaram muitas pesquisas sobre sinterização por pressão de ar e alcançaram grandes progressos. A sinterização de pressão de gás de nitreto de silício é realizada a uma temperatura de cerca de 2000 graus sob a pressão de 1 ~ 10MPa. A alta pressão de nitrogênio suprime a pirólise do nitreto de silício. Devido ao uso de sinterização em alta temperatura, a adição de menos auxiliares de sinterização é suficiente para promover o crescimento de grãos de Si3N4 e obter cerâmicas de alta tenacidade com crescimento in situ de grãos colunares longos com densidade > 99%. Portanto, a sinterização por pressão de ar pode ser usada em laboratório. Tem recebido cada vez mais atenção na produção. Cerâmicas de nitreto de silício sinterizado sob pressão de gás têm alta tenacidade, alta resistência e boa resistência ao desgaste, e podem produzir diretamente várias formas complexas próximas à forma final, o que pode reduzir muito o custo de produção e o custo de processamento. E seu processo de produção é próximo ao processo de produção de metal duro, adequado para produção em massa.

5. Situação da pesquisa

Para corpos sinterizados cerâmicos Si3N4 e Sialon, foi fornecido um processo para formar por superplasticidade sem formar um material compósito e manter um único estado, e um corpo sinterizado formado de acordo com o processo é fornecido. Corpo sinterizado de nitreto de silício e Sialon com densidade relativa superior a 95 por cento e densidade linear de 50 μm na seção transversal bidimensional do corpo sinterizado na faixa de 120 a 250; A compressão faz com que a deformação plástica ocorra em taxas de deformação inferiores a 10-1/seg. O corpo sinterizado formado possui excelentes propriedades mecânicas, especialmente em temperatura normal.

A cerâmica Si3N4 é um importante material estrutural. É uma substância superdura, que possui lubricidade e resistência ao desgaste; não reage com outros ácidos inorgânicos, exceto ácido fluorídrico, e tem forte resistência à corrosão e resistência a altas temperaturas. Oxidação. E pode resistir ao choque de frio e calor. Ele pode ser aquecido a mais de 1,000 grau no ar e não será quebrado após resfriamento rápido e aquecimento rápido. É justamente por causa das excelentes propriedades da cerâmica Si3N4 que as pessoas costumam usá-la para fazer rolamentos. , lâminas de turbinas a gás, anéis de vedação mecânica, moldes permanentes e outros componentes mecânicos. Se a superfície de aquecimento dos componentes do motor for feita de cerâmica de nitreto de silício resistente a altas temperaturas e difícil de transferir calor, pode não apenas melhorar a qualidade dos motores a diesel, economizar combustível, mas também melhorar a eficiência térmica. . China, Estados Unidos, Japão e outros países desenvolveram este motor diesel.

Processo Após Sinterização

Equipamento de processamento: equipado com máquina de gravação CNC, retificação sem centro, retificação cilíndrica interna e externa, retificação de superfície, centro de usinagem de torno CNC, corte de arame, torneamento, fresagem, retificação e outros equipamentos de produção e teste de alta precisão.

Moldes e acessórios de inspeção

1. Vida útil do molde: geralmente semi-permanente. (exceto espuma perdida).

2. Prazo de entrega do molde: 10-25 dias, (de acordo com a estrutura e tamanho do produto).

3. Manutenção de ferramentas e moldes: Zhongwei é responsável por peças de precisão.

Controle de qualidade

1. Controle de qualidade: a taxa de defeito é inferior a 0,1 por cento .

2. Amostras e testes serão 100% inspecionados durante a produção e antes do envio, inspeção de amostras para produção em massa de acordo com os padrões ISDO ou requisitos do cliente.

3. Equipamento de teste: instrumento de medição de circularidade, instrumento de medição de três coordenadas, instrumento de medição de coordenadas de imagem, instrumento de medição de três coordenadas Hexagon, instrumento de medição de imagem, instrumento de medição de densidade, instrumento de medição de suavidade, testador de dureza micro Vickers.

Inscrição

Aproveitando a leveza e rigidez do Si3N4, ele pode ser utilizado na fabricação de rolamentos de esferas, que possuem maior precisão que os rolamentos metálicos, geram menos calor e podem operar em temperaturas mais altas e meios corrosivos. Os bicos de vapor feitos de cerâmica Si3N4 têm as características de resistência ao desgaste e resistência ao calor. Eles não apresentam danos óbvios após serem usados ​​em uma caldeira de 650 graus por vários meses, enquanto outros bicos de liga de aço resistentes ao calor e à corrosão só podem ser usados ​​por 1-2 meses nas mesmas condições. .Si3N4 vela incandescente desenvolvida em conjunto pelo Instituto de Silicato de Xangai, Academia Chinesa de Ciências, Instituto de Motor de Combustão Interna de Xangai, Ministério da Engenharia Elétrica e Mecânica e Precisão Zhongwei resolve o problema de difícil partida a frio de motores diesel, e é adequado para uso direto motores diesel de injeção ou não direta. Esta vela incandescente é o dispositivo de ignição de motor diesel mais avançado e ideal disponível atualmente. O Japan Institute of Atomic Energy e a Mitsubishi Heavy Industries desenvolveram com sucesso uma nova bomba de petróleo bruto com um rotor composto por 11 pratos giratórios de cerâmica Si3N4 na carcaça da bomba. Como a bomba adota rotor cerâmico Si3N4 com pequeno coeficiente de expansão térmica e rolamento de ar preciso, ela pode operar normalmente sem lubrificação e meio de resfriamento. Se esta bomba for combinada com uma bomba de ultra-vácuo, como uma bomba turbo-molecular, pode ser formado um sistema de vácuo adequado para reatores de fusão nuclear ou equipamentos de processamento de semicondutores.

Os exemplos acima são apenas alguns exemplos de aplicação de cerâmicas Si3N4 como materiais estruturais. Acredita-se que com o aprimoramento da tecnologia de produção, moldagem, sinterização e processamento do pó de Si3N4, seu desempenho e confiabilidade continuarão a melhorar, e a cerâmica de nitreto de silício será mais amplamente utilizada. Devido à melhoria da pureza das matérias-primas Si3N4, o rápido desenvolvimento da tecnologia de moldagem de pó Si3N4 e tecnologia de sinterização, e a contínua expansão dos campos de aplicação, Si3N4 está assumindo uma posição cada vez mais importante na indústria como cerâmica estrutural de engenharia. A cerâmica Si3N4 possui excelentes propriedades abrangentes e recursos abundantes, e é um material estrutural ideal para altas temperaturas com amplos campos de aplicação e mercados, e todos os países do mundo estão competindo por pesquisa e desenvolvimento. Os materiais cerâmicos têm as características de resistência ao desgaste, resistência à corrosão, resistência a altas temperaturas, resistência à oxidação, resistência ao choque térmico e baixa gravidade específica que são difíceis de comparar com materiais metálicos em geral. As peças cerâmicas de nitreto de silício podem suportar o ambiente de trabalho severo do qual os materiais metálicos ou poliméricos são incapazes, e as peças cerâmicas de nitreto de silício têm amplas perspectivas de aplicação. Depois de materiais metálicos e materiais poliméricos, tornou-se o principal material básico de apoio à indústria de pilares no século 21 e se tornou um dos campos de pesquisa mais ativos. Hoje, países ao redor do mundo atribuem grande importância à sua pesquisa e desenvolvimento. Como um membro importante da família de cerâmicas estruturais de alta temperatura As primeiras cerâmicas Si3N4 têm propriedades mecânicas, propriedades térmicas e estabilidade química mais excelentes do que outras cerâmicas estruturais de alta temperatura, como cerâmicas de óxido e cerâmicas de carboneto. Portanto, eles são considerados os materiais mais promissores em cerâmicas estruturais de alta temperatura.