Zu welchem Material gehört Siliziumnitridkeramik?

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Siliziumnitridkeramik, ein neuartiges keramisches Hochleistungsmaterial, beweist allmählich seine hervorragende Leistung und seine breiten Anwendungsmöglichkeiten in zahlreichen Industriebereichen.

Grundlegende Eigenschaften von Siliciumnitridkeramik
Siliciumnitridkeramik ist ein anorganisches Material, das durch die Synthese von hochreinem Siliciumnitridpulver in Hochtemperatur- und Hochdruckverfahren hergestellt wird. Die chemische Formel lautet Si3N4 und ist eine kovalente Verbindung. Die grundlegende Struktureinheit ist ein [SiN4]-Tetraeder mit Siliziumatomen in der Mitte des Tetraeders und vier Stickstoffatomen an den vier Spitzen des Tetraeders. Diese Tetraeder, die sich alle drei ein Atom teilen, bilden im dreidimensionalen Raum eine kontinuierliche und robuste Netzwerkstruktur, die der Siliciumnitridkeramik eine Reihe hervorragender Eigenschaften wie hohe Festigkeit, geringe Dichte und hohe Temperaturbeständigkeit verleiht.
Siliziumnitridkeramik hat eine extrem hohe Härte, die der von Diamant nur wenig nachsteht, und verfügt gleichzeitig über hervorragende Eigenschaften wie hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit, geringe Dichte, hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, niedriges spezifisches Gewicht und Temperaturwechselbeständigkeit. Diese Eigenschaften machen Siliziumnitridkeramik zu einem der umfassendsten derzeit verfügbaren keramischen Strukturwerkstoffe, der als "vielseitige Keramik", "schwarzer Keramikstahl" und "die Perle auf der Krone der modernen keramischen Werkstoffe" bezeichnet wird.

Arten von Siliciumnitrid-Keramiken
Je nach Struktur, Synthesemethode, Morphologie usw. von Siliciumcarbid lassen sich Siliciumnitridkeramiken in verschiedene Typen unterteilen, darunter Siliciumnitridfasern, Nanosiliciumnitrid, Siliciumnitridverbundwerkstoffe, Siliciumnitriddünnschichten und Siliciumnitridkeramikkugeln. Jeder Typ hat seine eigene Leistung und seinen eigenen Zweck:
Siliziumnitrid-Faser: Mit hoher Leistung, hoher Ausbeute, chemischer Korrosionsbeständigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit ist es ein ideales Material für hochtemperaturbeständige Komponenten, z. B. in der Luft- und Raumfahrt und in Automotoren.
Nano-Siliziumnitrid: Es hat eine hohe Reißfestigkeit, Zugfestigkeit, Verschleißfestigkeit und kann die innere Reibung verringern, die dynamische Mechanik und die Wärmealterungsbeständigkeit von Gummi verbessern. Es kann zur Herstellung von Keramik, Motorkomponenten und Schneidwerkzeugen oder als Material für Korrosionsbeständigkeit und elektromagnetische Felder verwendet werden.
Verbundwerkstoff aus Siliziumnitrid: Es hat Eigenschaften wie hohe Temperaturbeständigkeit, niedrige Dielektrizität und Kriechfestigkeit und wird häufig zur Herstellung von Antennenabdeckungen für Hochleistungsraketen mit Antioxidationseigenschaften verwendet.
Siliziumnitrid-Dünnschicht: Es hat hervorragende optoelektronische Eigenschaften, eine hohe chemische Stabilität und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen die Diffusion von Verunreinigungen und das Eindringen von Wasserdampf.
Keramikkugel aus Siliziumnitrid: Mit hoher Härte, hoher Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hoher Temperaturbeständigkeit, geringem Gewicht, hoher Verarbeitungsgenauigkeit, selbstschmierenden Eigenschaften, Isolationseigenschaften und anderen Eigenschaften ist es das bevorzugte Material für keramische Lager und Hybrid-Keramikkugellager.

Verfahren zur Herstellung von Siliziumnitrid-Keramiken
Zu den Herstellungsverfahren von Siliciumnitridkeramik gehören hauptsächlich Reaktionssintern, Heißpresssintern, Atmosphärendrucksintern, Atmosphärendrucksintern usw. Siliciumnitridkeramiken, die durch verschiedene Herstellungsverfahren gewonnen werden, haben unterschiedliche Mikrostrukturen und Eigenschaften:
Verfahren des Reaktionssinterns: Zunächst wird das Siliziumpulver in die gewünschte Form des Grünkörpers gepresst und in einem Nitrierofen vorgenitriert, so dass ein Teil des Siliziumpulvers mit Stickstoff reagiert und Siliziumnitrid entsteht. Dieses Verfahren ist kostengünstiger, aber die Nitrierdauer ist länger, weshalb es sich für die Herstellung von Teilen mit komplexen Formen und genauen Abmessungen eignet.
Heißpress-Sinterverfahren: Siliziumnitridpulver und eine kleine Menge an Zusatzstoffen (wie MgO, Al2O3 usw.) werden heiß gepresst und unter hohem Druck (über 1916 MPa) und hoher Temperatur (über 1600 ℃) gesintert. Die nach diesem Verfahren hergestellten Siliziumnitridkeramiken haben ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, eine hohe Festigkeit und eine hohe Dichte, aber hohe Herstellungskosten und komplexe Sinteranlagen.
Atmosphärendruck-Sinterverfahren: Die Sinterung erfolgt bei niedrigerem Druck (in der Regel bei 1 atm) und höherer Temperatur (1700, 1800 ℃), gefolgt von einer Drucksinterung bei höheren Temperaturen (1800, 2000 ℃). Die Leistung von Siliziumnitridkeramik, die mit diesem Verfahren hergestellt wird, ist etwas geringer als die des Heißpress-Sinterverfahrens, aber die Kosten sind niedriger.
Drucksinterverfahren: Die Sinterung erfolgt unter hohem Stickstoffdruck (1-10MPa) und bei hoher Temperatur (ca. 2000 ℃). Diese Methode kann die Hochtemperaturzersetzung von Siliziumnitrid unterdrücken, die Verdichtung der keramischen Struktur fördern und die Festigkeit der Keramiken verbessern.

Anwendungsbereiche von Siliziumnitridkeramik
Siliciumnitridkeramik wird aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften in vielen Bereichen eingesetzt:
Mechanische Industrie: zur Herstellung von Schlüsselkomponenten wie Schneidwerkzeugen, Keramiklagern, Turbinenrotoren usw., um die Verschleißfestigkeit, die Hochtemperaturbeständigkeit und die Lebensdauer von mechanischen Geräten zu verbessern.
In der Automobilindustrie gibt es eine Vielzahl von Anwendungen für Motorkomponenten wie Ventile, Kipphebeldichtungen, Dichtungen, Turbinenschaufeln, Schweißvorrichtungen usw., wodurch sich eine neue Ära für die Entwicklung neuer Hochtemperatur-Strukturwerkstoffe eröffnet.
Luft- und Raumfahrt: Zur Herstellung von Hochtemperatur-Strukturkomponenten und Antioxidationsschichten für Raumfahrzeuge, die die Hochtemperaturbeständigkeit und die Antioxidationseigenschaften des Raumfahrzeugs verbessern.
Elektronikindustrie: zur Herstellung von Verpackungsmaterialien für elektronische Geräte, wie z. B. Wärmeableitungssubstrate, Isolierringe, Abdeckplatten und Komponenten in Halbleiterprozessanlagen.
Biomedizin: Es wird aufgrund seiner guten Biokompatibilität, Knochenleitfähigkeit und Affinität zu biologischem Gewebe wie Zellen als menschliches Implantatmaterial verwendet.

Siliziumnitridkeramik, ein neuartiges anorganisches Material mit ausgezeichneten umfassenden Eigenschaften, hat breite Anwendungsmöglichkeiten und ein enormes Entwicklungspotenzial in zahlreichen Bereichen gezeigt.