Was sind die Anwendungen von Siliziumnitridkeramik?

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Siliziumnitrid-Keramik ist eine kovalent gebundene Verbindung aus Silizium und Stickstoff, die eine Reihe hervorragender Eigenschaften wie hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, hohe Zähigkeit und hohe Biegefestigkeit aufweist und in vielen Bereichen eingesetzt werden kann.

Bereich Maschinen

• Kugellager: Siliziumnitrid-Keramikkugeln gehören zu den am häufigsten verwendeten Lagerkugeln im Maschinenbereich. Im Vergleich zu Stahlkugeln haben Siliziumnitrid-Keramik-Lagerkugeln die herausragenden Vorteile der geringen Dichte, der hohen Temperaturbeständigkeit, der Selbstschmierung, der Korrosionsbeständigkeit usw. und können in Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschinen, elektrischen Spindel-Hochgeschwindigkeitslagern, Luft- und Raumfahrtmotoren, Windturbinenlagern, Automobilmotorlagern und anderen Geräten verwendet werden.
• Werkzeuge: Siliziumnitridkeramik kann zur Herstellung von Hochgeschwindigkeitsschneidwerkzeugen verwendet werden. Ihre hohe Härte und Verschleißfestigkeit ermöglichen eine gute Leistung beim Schneiden, verringern den Werkzeugverschleiß und verbessern die Effizienz und Genauigkeit der Bearbeitung.
• Andere mechanische Komponenten: Siliciumnitridkeramik kann auch für die Herstellung von Turbinenschaufeln, Gleitringdichtungen, Kokillen usw. verwendet werden. Diese Komponenten haben eine hervorragende Leistung bei hohen Temperaturen und in korrosiven Umgebungen, was die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von mechanischen Geräten verbessern kann.

Luft- und Raumfahrt

• Transparentes Material: Poröse Siliziumnitridkeramik hat eine relativ hohe Biegefestigkeit und eine geringere Dichte sowie eine hohe Kriechfestigkeit, was die Stabilität der Struktur bei hohen Temperaturen verbessern kann. Dieses Material wird als transparentes Material zur Herstellung von Radomen und Antennenfenstern verwendet. Ceridan hat zum Beispiel das Siliziumnitrid-Radom der PAC-3-Rakete geformt.
  Motorenteile: Siliziumnitridkeramik hat eine höhere Festigkeit, eine bessere Kriechfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit als hitzebeständige Legierungen auf Nickelbasis bei Temperaturen über 1000 °C und ein geringes spezifisches Gewicht, das nur 40% desjenigen von hitzebeständigen Legierungen beträgt, was den Anforderungen künftiger Flugzeugtriebwerke zur Verringerung des Gewichts und des Kraftstoffverbrauchs entspricht.

Halbleiterbereich

• Keramische Substrate: Siliziumnitridkeramik hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit (typische Werte für kommerzielle Produkte sind 80 bis 90 W/mK). Im Vergleich zu Aluminiumoxid-Substraten oder ZTA-Substraten ist ihre Wärmeleitfähigkeit mehr als dreimal so hoch, und der Wärmeausdehnungskoeffizient (2,4 ppm/K) ist gering, nahe an dem von Halbleiterchips (Si, SiC), mit guter Wärmeanpassung. Darüber hinaus haben Siliziumnitrid-Keramiksubstrate hervorragende mechanische Eigenschaften, die sich in einer hohen Biegefestigkeit und einer hohen Bruchzähigkeit äußern. Daher ist die Strombelastbarkeit hoch und die Wärmeübertragungsleistung sehr gut.
  Aufgrund der ausgezeichneten Leistung von Siliziumnitrid-Substraten haben sie gute Aussichten auf eine Anwendung in Leistungsmodulen (IGBT/SiC-Leistungsmodulen), z. B. im Schienenverkehr, in der Windenergie, in der Photovoltaik und in neuen Energiefahrzeugen.

Bio-Keramik

• Implantate: Siliziumnitridkeramik hat eine gute Biokompatibilität und wird häufig für Implantate wie Biosensoren, Wirbelsäule, Orthopädie, Zahnmedizin usw. verwendet. Amedica hat zum Beispiel ein einzigartiges Siliziumnitrid-Implantat mit sehr guten umfassenden Eigenschaften entwickelt. Offiziellen Berichten zufolge ist der Markt für Wirbelsäulenmaterialien aus Siliziumnitrid seit 2012 mit einer Rate von 20% gewachsen, wenn man SINTX in den Vereinigten Staaten als Beispiel nimmt.
• Medizinische Geräte: Siliziumnitridkeramik kann auch für die Herstellung medizinischer Geräte verwendet werden, z. B. für Siliziumnitridkügelchen in Inseltransplantationsmaschinen. Diese Kügelchen verbessern die Effizienz der Pankreasverdauung und verhindern gleichzeitig, dass sich die Bauchspeicheldrüse synchron mit dem Kammersystem bewegt, und erhöhen außerdem die Dispersion des Pankreasgewebes innerhalb des Kammersystems.

Metallurgischer Bereich

• Wärmestrahlungsschutzrohre, Brenner, Schmelztiegel: Dichte Siliziumnitridkeramik wird hauptsächlich in der metallurgischen Industrie als Wärmestrahlungsschutzrohre, Brenner, Tiegel usw. verwendet. Dank ihrer ausgezeichneten Hochtemperatur- und Korrosionsbeständigkeit können sie in rauen metallurgischen Umgebungen lange Zeit stabil arbeiten.

Bereich Ultrafeine Mahlung

• Mahlende Kugel: Siliziumnitridkeramik ist eine kovalente Verbindung, deren Bindung hauptsächlich auf der kovalenten Bindung zwischen Atomen beruht. Das hergestellte Material selbst hat eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit. In der Feinstpulver- und Lebensmittelindustrie ist die Leistung der Siliziumnitrid-Keramik-Mahlkugel höher als die der herkömmlichen Mahlkugel, die eine höhere Härte und bessere Verschleißfestigkeit aufweist.

Mit seinen hervorragenden Eigenschaften, Siliziumnitrid-Keramik haben ein großes Anwendungspotenzial und einen großen Wert in vielen Bereichen gezeigt. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Aufbereitungsprozesse und der Senkung der Kosten wird der Anwendungsbereich voraussichtlich weiter ausgedehnt und die Entwicklung verschiedener Branchen noch stärker unterstützt.