Welche Materialeigenschaften haben Siliziumnitridkeramiken?

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Siliziumnitridkeramik, ein fortschrittliches anorganisches, nichtmetallisches Material, ist aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften in vielen industriellen Bereichen unersetzlich.

Chemische Zusammensetzung und strukturelle Merkmale
Die chemische Formel von Siliciumnitridkeramik lautet Si3N4. Es handelt sich um eine Verbindung, die durch die enge Verbindung von Siliciumatomen und Stickstoffatomen über kovalente Bindungen entsteht. Die grundlegende Struktureinheit ist der [SiN4]-Tetraeder, wobei sich die Siliziumatome im Zentrum des Tetraeders und die vier Stickstoffatome an den vier Spitzen des Tetraeders befinden. Diese Tetraeder bilden eine kontinuierliche und robuste Netzwerkstruktur im dreidimensionalen Raum, indem sie sich alle drei Atome teilen, was Siliciumnitridkeramiken eine hohe Festigkeit und eine geringe Dichte verleiht.
Siliciumnitridkeramiken haben zwei Kristallstrukturen, Alpha und Beta, die beide hexagonal sind. Unter ihnen erscheint α-Siliciumnitrid als nadelförmige Kristalle, während β-Siliciumnitrid als körnige Kristalle erscheint. Der Unterschied in der Kristallstruktur zwischen diesen beiden Typen führt zu Unterschieden in der Leistung von Siliciumnitridkeramik.

physische Eigenschaft
Hohe Festigkeit und Härte: Siliciumnitridkeramik hat eine extrem hohe Biegefestigkeit und Härte, mit einer typischen Biegefestigkeit von 500-700 MPa und einer Härte von über 9 auf der Mohs-Skala, die nur von Diamant und kubischem Bornitrid übertroffen wird. Dadurch können Siliziumnitridkeramiken in Umgebungen mit hoher Belastung stabil arbeiten und sind weniger anfällig für Verformungen oder Risse.
Ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit: Siliziumnitrid-Keramik hat eine extrem hohe thermische Stabilität, in der Lage, Stabilität bei Temperaturen bis zu 1400 ℃ zu halten, und sind nicht anfällig für thermische Ausdehnung oder Verformung. Seine Zersetzungstemperatur beträgt 1800 ℃ in Luft und bis zu 1850 ℃ in 110MPa Stickstoff. Daher sind Siliziumnitridkeramiken eine ideale Wahl für Hochtemperaturumgebungen.
Gute Temperaturwechselbeständigkeit: Aufgrund seines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und seiner hohen Wärmeleitfähigkeit verfügt Siliziumnitridkeramik über eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit. Selbst wenn sie auf 1000 ℃ erhitzt und schnell in kaltes Wasser gegossen wird, wird sie nicht brechen.
Ausgezeichnete elektrische Isolierung: Siliziumnitridkeramik hat eine ausgezeichnete elektrische Isolationsleistung, wobei der Isolationswiderstand typischerweise 10 ^ 12 Ω- cm oder mehr erreicht. Die Durchschlagfestigkeit liegt in der Regel zwischen 20~30 kV/mm, die hohe elektrische Feldstärke ohne Durchschlag widerstehen kann. Darüber hinaus ist der dielektrische Verlust extrem niedrig, in der Regel unter 0,001, so dass es für Hochfrequenzanwendungen geeignet ist.

Chemische Stabilität
Siliciumnitridkeramik weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säuren und Laugen auf und kann lange Zeit in rauen Umgebungen wie starken Säuren und Laugen eingesetzt werden, ohne Schaden zu nehmen. Diese Eigenschaft eröffnet ein breites Anwendungsspektrum in Bereichen wie der chemischen Technik und der Metallurgie. Gleichzeitig besitzt Siliciumnitridkeramik eine gute Biokompatibilität und kann zur Herstellung von medizinischen Geräten wie künstlichen Gelenken und Zahnimplantaten verwendet werden.

Anwendungsbereich
Aufgrund ihrer ausgezeichneten Leistung haben Siliziumnitridkeramiken ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen gezeigt:
Mechanische Industrie: Siliciumnitridkeramik wird als Schlüsselkomponente für Lagerkugeln, Walzen, Formen und neue keramische Schneidwerkzeuge verwendet, um die Verschleißfestigkeit und Lebensdauer mechanischer Komponenten zu verbessern.
Chemische Industrie: In der chemischen Industrie werden Siliziumnitridkeramiken als verschleißfeste und korrosionsbeständige Komponenten eingesetzt, z. B. in Kugelventilen, Pumpengehäusen, Verbrennungsverdampfern, Filtern usw., die Korrosion und das Austreten von chemischen Medien wirksam verhindern.
Metallurgische Industrie: In der metallurgischen Industrie wird Siliziumnitridkeramik zur Herstellung von Schneidkernen, Strangpress- und Drahtziehformen sowie von Arbeitsformen wie Walz- und Förderrollen verwendet, die die Produktionseffizienz und Produktqualität von metallurgischen Anlagen verbessern.
Luft- und Raumfahrt: In der Luft- und Raumfahrt werden Siliziumnitridkeramiken in großem Umfang zur Herstellung von Schlüsselkomponenten wie Triebwerksteilen und Brennkammerauskleidungen verwendet, die die Leistung und Zuverlässigkeit von Raumfahrzeugen verbessern.
Automobilindustrie: Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektro- und Hybridfahrzeugen werden Siliziumnitridkeramiken aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Festigkeit und ihrer hohen Temperaturbeständigkeit häufig in Bereichen wie Turboladern und Bremssystemen eingesetzt, was zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und Fahrsicherheit beiträgt.
Elektronische Industrie: Siliciumnitridkeramik wird aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften in Halbleiterbauelementen, Leistungsmodulen, Kondensatoren sowie in elektrischen Geräten wie Transformatoren, Schaltanlagen und Motoren eingesetzt, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Geräte zu gewährleisten.

Mit den kontinuierlichen Fortschritten in der Materialwissenschaft und der Aufbereitungstechnologie wird die Leistung von Siliziumnitridkeramik weiter optimiert, und auch die Anwendungsbereiche werden sich weiter vergrößern. So kann beispielsweise durch nanotechnologische Modifikationen die Leistung von Siliziumnitridkeramik individuell angepasst werden, um ein breiteres Spektrum an industriellen Anforderungen zu erfüllen. Gleichzeitig wird die Erforschung und Entwicklung von umweltfreundlichen und kostengünstigen Herstellungsverfahren die Verbreitung und Anwendung von Siliziumnitridkeramik in weiteren Bereichen fördern und die industrielle Modernisierung und technologische Innovation vorantreiben.

Siliziumnitridkeramik spielt aufgrund ihrer hervorragenden Leistung eine unersetzliche Rolle in zahlreichen industriellen Bereichen.