Co to jest materiał ceramiczny z azotku krzemu?

Azotek krzemu jest ważnym konstrukcyjnym materiałem ceramicznym. Jest to supertwardy materiał charakteryzujący się naturalną smarownością i odpornością na zużycie. Jest kryształem atomowym i przeciwutleniaczem w wysokich temperaturach. Jest również odporny na szok termiczny. Po podgrzaniu w powietrzu do temperatury powyżej 1000°C nie ulegnie rozpadowi, nawet jeśli zostanie szybko schłodzony lub podgrzany. To właśnie dlatego, że ceramika z azotku krzemu ma tak dobre właściwości, ludzie często wykorzystują ją do produkcji części mechanicznych, takich jak łożyska, łopatki turbin gazowych, uszczelnienia mechaniczne i części form. Jeśli do wytworzenia powierzchni grzewczej części silnika zostanie zastosowana odporna na wysokie temperatury i żaroodporna ceramika z azotku krzemu, może to nie tylko poprawić jakość silników Diesla i zaoszczędzić paliwo, ale także poprawić sprawność cieplną. Ten typ silnika wysokoprężnego został opracowany w Chinach, Stanach Zjednoczonych, Japonii i innych krajach.

Proces przygotowania wyrobów ceramicznych z azotku krzemu zasadniczo obejmuje obróbkę surowców, syntezę proszku, przetwarzanie proszku, formowanie, obróbkę surowej masy, spiekanie i obróbkę surowej masy ceramicznej.

Rodzaje procesów przygotowania ceramiki z azotku krzemu wyróżniają się głównie metodami i sekwencją syntezy, formowania i spiekania.

Typowe metody formowania ceramiki obejmują prasowanie na sucho, odlewanie taśm, formowanie wtryskowe itp. Prasowanie na sucho jest szeroko stosowanym procesem formowania i jednym z głównych procesów formowania ceramicznych paneli tylnych telefonów komórkowych. Wszystkie ceramiczne tylne obudowy serii Xiaomi MIX są tłoczone na sucho. Dziś przyjrzyjmy się bliżej procesowi prasowania ceramiki na sucho.

1. Prasowanie na sucho

Prasowanie na sucho, znane również jako tłoczenie matrycowe, jest jedną z powszechnie stosowanych metod formowania. Prasowanie na sucho to proces umieszczania proszku o dobrej płynności i odpowiednim uziarnieniu cząstek po granulacji w metalowej wnęce formy i przyłożeniu ciśnienia przez głowicę dociskową. Ciśnienie Głowica powoduje przemieszczenie we wnęce formy, przenosi ciśnienie oraz porządkuje i deformuje cząstki proszku we wnęce formy, a następnie zagęszcza, tworząc ceramiczny półfabrykat o wytrzymałości i kształcie.

2. Zasada procesu i czynniki wpływające na prasowanie na sucho

1. Zasada procesu

Istotą prasowania na sucho jest to, że pod działaniem siły zewnętrznej cząstki znajdują się w formie blisko siebie, a cząstki są trwale połączone za pomocą tarcia wewnętrznego w celu utrzymania kształtu. To tarcie wewnętrzne oddziałuje na cienką warstwę kleju wokół cząstek znajdujących się blisko siebie.

Wraz ze wzrostem ciśnienia półfabrykaty będą zmieniać kształt, ślizgać się po sobie, szczelina będzie się zmniejszać, kontakt stopniowo się zwiększa i przylegają do siebie. W miarę zbliżania się cząstek interakcja między cząsteczkami koloidu a cząstkami wzmacnia się, a zielone ciało zyskuje wytrzymałość mechaniczną.

2. Czynniki wpływające

Główne czynniki wpływające na prasowanie na sucho to:

Właściwości proszku: wielkość cząstek, rozkład wielkości cząstek, płynność, zawartość wody itp.;

Dobór klejów i smarów;

Projekt formy;

Siła prasowania, metoda prasowania, prędkość prasowania i czas przetrzymywania podczas procesu prasowania.

Podsumowując, jeśli wielkość cząstek półwyrobu jest odpowiednia, spoiwo jest stosowane prawidłowo, a metoda prasowania jest rozsądna, metodą prasowania na sucho można również uzyskać stosunkowo idealną gęstość półwyrobu.

Ceramika z azotku krzemu

Ciecz do prasowania na gorąco z proszku azotku krzemu o wysokiej czystości nie kurczy się w temperaturze 1700°C. Istnieją trzy główne metody spiekania azotku krzemu: spiekanie reakcyjne, spiekanie konwencjonalne i spiekanie przez prasowanie na gorąco.

1. Spiekanie reakcyjne

Opiera się ona na następującej reakcji: 3Si(s) 2N2(g)=Si3N4(s) Reakcja azotowania rozpoczyna się w temperaturze 1100°C i stopniowo nagrzewa się do 1420°C. Cały proces trwa kilka dni CC. Ponieważ reakcja jest egzotermiczna, należy dokładnie kontrolować szybkość ogrzewania. Ogólnie rzecz biorąc, produkt otrzymany w wyniku utrzymywania ciepła poniżej 1400°C jest mieszaniną α- i β-Si3N4 o porowatości 15C30%.

Ceramika z azotku krzemu

1. Spiekanie reakcyjne

Zalety: Nie są dozwolone żadne dodatki. Cechy: Wytrzymałość materiału nie ulega znacznemu zmniejszeniu w wysokich temperaturach; Rozmiar i kształt produktu pozostają niezmienione i można wytwarzać produkty o skomplikowanych kształtach; Aby zespawać dwie części, wystarczy je połączyć i azotować. W spiekaniu reakcyjnym kluczowym czynnikiem wpływającym na jakość produktu jest kontrola temperatury reakcji. Po trzyetapowej metodzie nagrzewania temperaturę pieca podnosi się powyżej temperatury topnienia krzemu, co często nazywa się azotowaniem w nadmiernej temperaturze.