Pièces en céramique de nitrure de silicium

La céramique de nitrure de silicium est une céramique de matériau inorganique qui ne rétrécit pas pendant le frittage. Le nitrure de silicium est très résistant, en particulier le nitrure de silicium pressé à chaud, qui est l'une des substances les plus dures au monde. Les pièces en céramique de nitrure de silicium ont les propriétés de haute résistance, de faible densité et de résistance aux hautes températures.

La céramique Si3N4 est un composé à liaison covalente, l'unité structurelle de base est le tétraèdre [SiN4], l'atome de silicium est situé au centre du tétraèdre et il y a quatre atomes d'azote autour de lui, qui sont situés aux quatre sommets du tétraèdre, puis tous les trois Chaque tétraèdre partage la forme d'un atome, formant une structure de réseau continue et solide dans l'espace tridimensionnel.

Zhongwei Precision s'engage à fournir aux clients nationaux et étrangers des céramiques avancées à haute résistance, haute ténacité, résistance à l'usure, résistance à la corrosion et résistance aux hautes températures. Il s'agit d'une entreprise de haute technologie intégrant la R&D, la production et la vente de produits céramiques avancés de précision industrielle dans le domaine de la céramique de précision. Avec une variété d'équipements modernes de haute précision, il a réalisé indépendamment l'achèvement de l'ensemble du processus de production de pièces en céramique, de la préparation de la poudre céramique, du moulage du corps vert, du frittage à haute température à la finition des matériaux céramiques.

Description du produitécriture

1. Normes de mise en œuvre : la société applique strictement la certification ISO9001 et les produits ont passé la certification ROHS, FDA EU, etc.

2. Normes matérielles du produit : ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Principaux procédés : jointoiement, moulage par injection, moulage en bande, pressage isostatique, impression 3D

4. Matériaux disponibles pour la céramique :

Elle produit principalement des tiges en céramique finies, des tubes en céramique, des anneaux en céramique, des plaques en céramique, des ventouses en céramique, des lames en céramique et d'autres structures en céramique de forme spéciale. Les principaux matériaux céramiques sont l'alumine, la zircone, le carbure de silicium, le nitrure de silicium et la céramique de nitrure d'aluminium. Résistance à haute température, résistance à l'usure, résistance à la corrosion, résistance aux acides et aux alcalis, antimagnétique, résistance à la pression. Et l'impression 3D, etc. sont personnalisées selon les exigences du client.

Tube combiné, sa haute résistance à l'usure résiste efficacement à l'usure des matériaux et aux chocs.

La méthode de préparation et la situation actuelle du produit

1. Propriétés de base

De nombreuses propriétés du nitrure de silicium sont dues à cette structure. Le Si3N4 pur est 3119, avec deux structures cristallines de et , toutes deux hexagonales. Sa température de décomposition est de 1800 degrés dans l'air et de 1850 degrés dans l'azote 011MPa. Si3N4 a un faible coefficient de dilatation thermique et une conductivité thermique élevée, il a donc une excellente résistance aux chocs thermiques. Le nitrure de silicium fritté pressé à chaud ne se cassera pas même lorsqu'il est chauffé à 1000 degrés et mis dans de l'eau froide. À une température pas trop élevée, le Si3N4 a une résistance élevée et une résistance aux chocs, mais il sera endommagé avec l'augmentation du temps d'utilisation au-dessus de 1200 degrés, réduisant sa résistance, et il est plus sujet aux dommages par fatigue au-dessus de 1450 degrés, donc Si3N4 La température de fonctionnement ne dépasse généralement pas 1300 degrés. En raison de la faible densité théorique du Si3N4, il est beaucoup plus léger que l'acier et l'acier superallié technique. Par conséquent, dans les endroits qui nécessitent des matériaux à haute résistance, faible densité, résistance aux températures élevées et autres propriétés, utiliser des pièces en céramique de nitrure de silicium pour remplacer l'acier allié est une autre fois. C'est plus que convenable.

2. Propriétés des matériaux

En tant qu'excellent matériau d'ingénierie à haute température, le matériau céramique Si3N4 peut jouer le plus d'avantages dans son application dans le domaine des hautes températures. L'orientation future du développement de Si3N4 est : (1) de faire jouer pleinement et d'utiliser les excellentes caractéristiques de Si3N4 lui-même ; (2) développer de nouveaux flux lorsque la poudre de Si3N4 est frittée, et rechercher et contrôler les meilleurs composants des flux existants ; (3) pour améliorer le processus de fraisage, de formage et de frittage ; ⑷ développer le composite de Si3N4 et SiC et d'autres matériaux afin de produire des matériaux composites plus performants. L'application de la céramique Si3N4 dans les moteurs automobiles a créé une nouvelle situation pour le développement de nouveaux matériaux structuraux à haute température. L'industrie automobile elle-même est une industrie multidisciplinaire qui combine l'aboutissement de diverses technologies. La Chine est une civilisation ancienne avec une longue histoire et a réalisé de brillantes réalisations dans l'histoire du développement de la céramique. Avec le processus de réforme et d'ouverture, un jour, la Chine sera également appelée à se classer parmi les principaux pays de l'industrie automobile mondiale et à créer de plus grandes gloires pour le développement de l'industrie de la céramique.

Il est extrêmement résistant aux températures élevées et sa résistance peut être maintenue à une température élevée de 1200 degrés sans diminuer. Il ne fondra pas après avoir été chauffé et ne se décomposera pas avant 1900 degrés. Et une solution de soude caustique inférieure à 30 %, elle peut également résister à la corrosion de nombreux acides organiques ; en même temps, c'est un matériau isolant électrique de haute performance.

3. Méthode de traitement

Il est fait de poudre de silicium comme matière première, qui est d'abord formée dans la forme souhaitée par la méthode de moulage habituelle, et une nitruration préliminaire est effectuée dans l'azote à une température élevée de 1200 degrés C, de sorte qu'une partie de la poudre de silicium réagisse avec de l'azote pour former du nitrure de silicium. Le corps entier a déjà une certaine force. Ensuite, la deuxième nitruration est effectuée dans un four à haute température de 1350 degrés ~ 1450 degrés pour réagir en nitrure de silicium. Le nitrure de silicium avec une densité théorique de 99 % peut être obtenu par frittage par pressage à chaud.

4. Méthode de préparation

La technologie de préparation des pièces en céramique de nitrure de silicium s'est développée rapidement ces dernières années. La technologie de préparation se concentre principalement sur la méthode de frittage par réaction, la méthode de frittage par pressage à chaud, la méthode de frittage à pression atmosphérique, la méthode de frittage à pression d'air et d'autres types. En raison des différents procédés de préparation, différents types de céramiques de nitrure de silicium ont des microstructures différentes (telles que la porosité et la morphologie des pores, la morphologie des grains, la morphologie intergranulaire et le contenu de la deuxième phase intergranulaire, etc.). Par conséquent, les performances varient considérablement. Afin d'obtenir des matériaux céramiques Si3N4 avec d'excellentes performances, une poudre Si3N4 de haute qualité doit d'abord être préparée. La qualité de la poudre de Si3N4 préparée par différentes méthodes n'est pas exactement la même, ce qui entraîne des différences dans son utilisation, et l'échec de nombreuses applications de matériaux céramiques est souvent attribué à Parce que les développeurs ne comprennent pas les différences entre les différentes poudres céramiques, ils n'ont pas suffisamment compréhension de leurs propriétés. D'une manière générale, la poudre de Si3N4 de haute qualité doit avoir les caractéristiques d'une teneur élevée en phase, d'une composition uniforme, de peu d'impuretés et d'une distribution uniforme dans la céramique, d'une petite taille de particules et d'une distribution granulométrique étroite et d'une bonne dispersibilité. La phase dans une bonne poudre de Si3N4 doit représenter au moins 90%, car pendant le processus de frittage de Si3N4, une partie de la phase se transformera en phase, et il n'y a pas assez de teneur en phase, ce qui réduira la résistance du matériau céramique. .

(1) Méthode de frittage réactionnel (RS)

La méthode générale de moulage est adoptée. Tout d'abord, la poudre de silicium est pressée en un corps vert de la forme souhaitée, puis placée dans un four de nitruration pour un frittage de pré-nitruration (nitruration partielle). Le corps vert de pré-nitruration a une certaine résistance et peut être effectué divers traitements mécaniques (tels que le tournage, le rabotage, le fraisage, le perçage). Enfin, à une température supérieure au point de fusion du silicium ; le corps vert est à nouveau entièrement nitruré et fritté pour obtenir des produits avec peu de changement dimensionnel (c'est-à-dire, après le frittage du corps vert, le taux de retrait est très faible, le taux de retrait linéaire est < 011="" pour="" cent).="" le="" produit="" peut="" être="" utilisé="" sans="" broyage.="" le="" procédé="" de="" frittage="" réactionnel="" est="" adapté="" à="" la="" fabrication="" de="" pièces="" aux="" formes="" complexes="" et="" aux="" dimensions="" précises,="" et="" le="" coût="" est="" également="" faible,="" mais="" le="" temps="" de="" nitruration="" est="" très="">

(2) Frittage par presse à chaud (HPS)

La poudre de Si3N4 et une petite quantité d'additifs (tels que MgO, Al2O3, MgF2, Fe2O3, etc.) sont pressés à chaud et frittés à une pression supérieure à 1916 MPa et à une température supérieure à 1600 degrés. Les céramiques Si3N4 frittées pressées à chaud utilisées par certaines entreprises au Royaume-Uni et aux États-Unis ont une résistance aussi élevée que 981 MPa ou plus. Les additifs et la composition des phases pendant le frittage ont une grande influence sur les propriétés du produit. En raison du contrôle strict de la composition de la phase limite des grains et du traitement thermique approprié après le frittage des céramiques Si3N4, les matériaux céramiques de la série Si3N4 dont la résistance ne diminuera pas de manière significative même lorsque la température est aussi élevée que 1300 degrés (jusqu'à 490MPa ou plus ) peut être obtenue, et la résistance au fluage Dénaturation peut être améliorée de trois ordres de grandeur. Si le matériau céramique Si3N4 est pré-oxydé à une température élevée de 1400---1500 degré, la phase Si2N2O se formera à la surface du matériau céramique, ce qui peut améliorer considérablement la résistance à l'oxydation et la résistance à haute température de la céramique Si3N4. . Les propriétés mécaniques des céramiques Si3N4 produites par frittage par pressage à chaud sont supérieures à celles du frittage réactionnel Si3N4, avec une résistance élevée et une densité élevée. Cependant, le coût de fabrication est élevé et l'équipement de frittage est complexe. En raison du grand retrait du corps fritté, la précision dimensionnelle du produit est limitée dans une certaine mesure. Il est difficile de fabriquer des pièces complexes. Seules des pièces aux formes simples peuvent être fabriquées, et l'usinage de la pièce est également difficile.

(3) Méthode de frittage à pression atmosphérique (PLS)

En termes d'augmentation de la pression de l'atmosphère d'azote de frittage, l'utilisation de la température de décomposition du Si3N4 augmente (généralement sous la pression de N 2=1 atm, de 1800 degrés C pour se décomposer), après le frittage à pression normale dans la plage de température de {{4 }} degré C, puis dans la pression d'air, le frittage est effectué dans la plage de température de 1800---2000 degré . Le but de cette méthode est d'utiliser la pression d'air pour favoriser la densification des céramiques Si3N4, améliorant ainsi la résistance des céramiques. Les propriétés des produits obtenus sont légèrement inférieures à celles du frittage par pressage à chaud. Les inconvénients de cette méthode sont similaires au frittage par pressage à chaud.

(4) Méthode de frittage sous pression de gaz (GPS)

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont été menées sur le frittage sous pression d'air et ont réalisé de grands progrès. Le frittage sous pression de gaz du nitrure de silicium est effectué à une température d'environ 2000 degrés sous une pression de 1 à 10 MPa. Une pression d'azote élevée supprime la pyrolyse du nitrure de silicium. En raison de l'utilisation du frittage à haute température, l'ajout de moins d'auxiliaires de frittage est suffisant pour favoriser la croissance des grains de Si3N4 et obtenir des céramiques à haute ténacité avec une croissance in situ de longs grains colonnaires avec une densité > 99 %. Par conséquent, le frittage sous pression d'air peut être utilisé en laboratoire. Il a reçu de plus en plus d'attention en production. Les céramiques de nitrure de silicium frittées sous pression de gaz ont une ténacité élevée, une résistance élevée et une bonne résistance à l'usure, et peuvent produire directement diverses formes complexes proches de la forme finale, ce qui peut réduire considérablement les coûts de production et de traitement. Et son processus de production est proche du processus de production de carbure cémenté, adapté à la production de masse.

5. Statut de la recherche

Pour les corps frittés en céramique Si3N4 et Sialon, un procédé de formation par superplasticité sans former de matériau composite et en maintenant un seul état a été proposé, et un corps fritté formé selon le procédé est proposé. Corps fritté en nitrure de silicium et Sialon avec une densité relative de plus de 95 % et une densité linéaire de 50 μm dans la section transversale bidimensionnelle du corps fritté dans la plage de 120 à 250 ; La compression provoque une déformation plastique à des taux de déformation inférieurs à 10-1/sec. Le corps fritté formé présente d'excellentes propriétés mécaniques, en particulier à température normale.

La céramique Si3N4 est un matériau structurel important. C'est une substance extra-dure, qui a un pouvoir lubrifiant et une résistance à l'usure; il ne réagit pas avec d'autres acides inorganiques, à l'exception de l'acide fluorhydrique, et présente une forte résistance à la corrosion et une résistance aux hautes températures. Oxydation. Et il peut résister au choc du froid et de la chaleur. Il peut être chauffé à plus de 1,000 degré dans l'air, et il ne sera pas cassé après un refroidissement rapide et un chauffage rapide. C'est précisément en raison des excellentes propriétés de la céramique Si3N4 que les gens l'utilisent souvent pour fabriquer des roulements. , aubes de turbine à gaz, bagues d'étanchéité mécaniques, moules permanents et autres composants mécaniques. Si la surface chauffante des composants du moteur est constituée de céramiques de nitrure de silicium résistantes aux hautes températures et difficiles à transférer de la chaleur, cela peut non seulement améliorer la qualité des moteurs diesel, économiser du carburant, mais également améliorer l'efficacité thermique. . La Chine, les États-Unis, le Japon et d'autres pays ont développé ce moteur diesel.

Processus après frittage

Équipement de traitement: équipé d'une machine de gravure CNC, d'un meulage sans centre, d'un meulage cylindrique interne et externe, d'un meulage de surface, d'un centre d'usinage de tour CNC, de coupe de fil, de tournage, de fraisage, de meulage et d'autres équipements de production et de test de haute précision.

Moules et appareils d'inspection

1. Durée de vie du moule : généralement semi-permanent. (sauf mousse perdue).

2. Délai de livraison du moule : 10-25 jours (selon la structure et la taille du produit).

3. Maintenance de l'outillage et des moules : Zhongwei est responsable des pièces de précision.

Contrôle de qualité

1. Contrôle de la qualité : le taux de défectueux est inférieur à 0,1 %.

2. Les échantillons et les essais seront inspectés à 100 % pendant la production et avant l'expédition, l'inspection des échantillons pour la production de masse conformément aux normes ISDO ou aux exigences du client.

3. Équipement de test : instrument de mesure de la rondeur, instrument de mesure à trois coordonnées, instrument de mesure des coordonnées d'image, instrument de mesure à trois coordonnées hexagonales, instrument de mesure d'image, instrument de mesure de la densité, instrument de mesure de la douceur, testeur de dureté micro Vickers.

Application

Profitant de la légèreté et de la rigidité du Si3N4, il peut être utilisé pour fabriquer des roulements à billes, qui ont une plus grande précision que les roulements métalliques, génèrent moins de chaleur et peuvent fonctionner à des températures plus élevées et dans des milieux corrosifs. Les buses à vapeur en céramique Si3N4 ont les caractéristiques de résistance à l'usure et de résistance à la chaleur. Ils ne présentent aucun dommage évident après avoir été utilisés dans une chaudière à 650 degrés pendant plusieurs mois, tandis que d'autres buses en acier allié résistant à la chaleur et à la corrosion ne peuvent être utilisées que pendant 1-2 mois dans les mêmes conditions. La bougie de préchauffage .Si3N4 développée conjointement par l'Institut du silicate de Shanghai, l'Académie chinoise des sciences, l'Institut du moteur à combustion interne de Shanghai, le ministère du Génie électrique et mécanique, et Zhongwei Precision résout le problème du démarrage à froid difficile des moteurs diesel, et convient au direct moteurs diesel à injection ou à injection non directe. Cette bougie de préchauffage est le dispositif d'allumage de moteur diesel le plus avancé et le plus idéal disponible aujourd'hui. L'Institut japonais de l'énergie atomique et Mitsubishi Heavy Industries ont développé avec succès une nouvelle pompe à brut avec un rotor composé de 11 plateaux tournants en céramique Si3N4 dans le corps de pompe. Parce que la pompe adopte un rotor en céramique Si3N4 avec un faible coefficient de dilatation thermique et un roulement à air précis, elle peut fonctionner normalement sans lubrification ni fluide de refroidissement. Si cette pompe est combinée avec une pompe à ultra-vide telle qu'une pompe turbo-moléculaire, un système de vide adapté aux réacteurs de fusion nucléaire ou aux équipements de traitement des semi-conducteurs peut être formé.

Ce qui précède ne sont que quelques exemples d'application de la céramique Si3N4 en tant que matériaux de structure. On pense qu'avec l'amélioration de la technologie de production, de moulage, de frittage et de traitement de la poudre Si3N4, ses performances et sa fiabilité continueront de s'améliorer et les céramiques au nitrure de silicium seront plus largement utilisées. En raison de l'amélioration de la pureté des matières premières Si3N4, du développement rapide de la technologie de moulage de poudre Si3N4 et de la technologie de frittage, et de l'expansion continue des domaines d'application, Si3N4 prend une position de plus en plus importante dans l'industrie en tant que céramique structurelle d'ingénierie. La céramique Si3N4 possède d'excellentes propriétés complètes et des ressources abondantes, et est un matériau structurel idéal à haute température avec de larges domaines d'application et marchés, et tous les pays du monde sont en concurrence pour la recherche et le développement. Les matériaux céramiques ont des caractéristiques de résistance à l'usure, de résistance à la corrosion, de résistance aux hautes températures, de résistance à l'oxydation, de résistance aux chocs thermiques et de faible densité qui sont difficiles à comparer avec les matériaux métalliques généraux. Les pièces en céramique de nitrure de silicium peuvent résister à l'environnement de travail difficile auquel les matériaux métalliques ou polymères sont incapables de résister, et les pièces en céramique de nitrure de silicium ont de larges perspectives d'application. Après les matériaux métalliques et les matériaux polymères, il est devenu le matériau de base clé soutenant l'industrie pilier au 21ème siècle, et est devenu l'un des domaines de recherche les plus actifs. Aujourd'hui, les pays du monde entier attachent une grande importance à sa recherche et à son développement. En tant que membre important de la famille des céramiques structurelles à haute température, les premières céramiques Si3N4 ont des propriétés mécaniques, des propriétés thermiques et une stabilité chimique plus excellentes que les autres céramiques structurelles à haute température telles que les céramiques d'oxyde et les céramiques de carbure. Par conséquent, ils sont considérés comme les matériaux les plus prometteurs dans les céramiques structurelles à haute température.