Cos'è il materiale ceramico al nitruro di silicio?

Il nitruro di silicio è un importante materiale ceramico strutturale. È un materiale superduro con proprietà lubrificanti e resistenza all'usura intrinseche. È un cristallo atomico e antiossidante alle alte temperature. Può resistere anche agli shock termici. Se riscaldato a temperature superiori a 1000°C in aria, non si disintegra anche se viene raffreddato o riscaldato rapidamente. È proprio perché la ceramica al nitruro di silicio ha proprietà così buone che le persone spesso la usano per produrre parti meccaniche come cuscinetti, pale di turbine a gas, tenute meccaniche e parti di stampi. Se per produrre la superficie riscaldante delle parti del motore vengono utilizzate ceramiche di nitruro di silicio resistenti alle alte temperature e al calore, è possibile non solo migliorare la qualità dei motori diesel e risparmiare carburante, ma anche migliorare l'efficienza termica. Questo tipo di motore diesel è stato sviluppato in Cina, Stati Uniti, Giappone e altri paesi.

Il processo di preparazione dei prodotti ceramici in nitruro di silicio consiste generalmente nella lavorazione delle materie prime, sintesi delle polveri, lavorazione delle polveri, stampaggio, lavorazione del corpo verde, sinterizzazione e lavorazione del corpo verde della ceramica.

I tipi di processo di preparazione delle ceramiche al nitruro di silicio si distinguono principalmente per i metodi e le sequenze di sintesi, stampaggio e sinterizzazione.

I metodi di stampaggio comuni per la ceramica includono pressatura a secco, colata su nastro, stampaggio a iniezione, ecc. La pressatura a secco è un processo di stampaggio ampiamente utilizzato e uno dei processi di stampaggio tradizionali per i pannelli posteriori in ceramica dei telefoni cellulari. Le cover posteriori in ceramica della serie Xiaomi MIX sono tutte pressate a secco. Oggi diamo uno sguardo più da vicino al processo di pressatura a secco della ceramica.

1. Pressatura a secco

La pressatura a secco, nota anche come pressatura a stampo, è uno dei metodi di stampaggio comunemente utilizzati. La pressatura a secco è il processo di posizionamento della polvere con buona fluidità e adeguata granulometria dopo la granulazione nella cavità dello stampo metallico e di applicazione della pressione attraverso la testa di pressione. La pressione La testa produce spostamento nella cavità dello stampo, trasmette pressione, riorganizza e deforma le particelle di polvere nella cavità dello stampo, quindi si compatta per formare un grezzo ceramico con resistenza e forma.

2. Principio del processo e fattori che influenzano la pressatura a secco

1. Principio del processo

L'essenza della pressatura a secco è che sotto l'azione della forza esterna, le particelle sono vicine l'una all'altra nello stampo e le particelle sono saldamente collegate con l'aiuto dell'attrito interno per mantenere la forma. Questo attrito interno agisce sul sottile strato adesivo attorno alle particelle vicine tra loro.

All'aumentare della pressione, i pezzi grezzi cambieranno forma, scivoleranno l'uno contro l'altro, lo spazio diminuirà, il contatto aumenterà gradualmente e aderiranno l'uno all'altro. Man mano che le particelle si avvicinano, l'interazione tra le molecole colloidali e le particelle viene rafforzata e il corpo verde acquisisce resistenza meccanica.

2. Fattori che influenzano

I principali fattori che influenzano la pressatura a secco sono:

Proprietà della polvere: dimensione delle particelle, distribuzione granulometrica, fluidità, contenuto di acqua, ecc.;

Selezione di adesivi e lubrificanti;

Progettazione stampi;

Forza di pressatura, metodo di pressatura, velocità di pressatura e tempo di tenuta durante il processo di pressatura.

In sintesi, se la dimensione delle particelle del pezzo grezzo è appropriata, il legante viene utilizzato correttamente e il metodo di pressatura è ragionevole, il metodo di pressatura a secco può anche ottenere una densità del pezzo grezzo relativamente ideale.

Ceramiche al nitruro di silicio

Il liquido di pressatura a caldo della polvere di nitruro di silicio ad alta purezza non si restringe a 1700°C. Esistono tre metodi principali di sinterizzazione per il nitruro di silicio: sinterizzazione per reazione, sinterizzazione convenzionale e sinterizzazione per pressatura a caldo.

1. Sinterizzazione della reazione

Si basa sulla seguente reazione: 3Si(s) 2N2(g)=Si3N4(s) La reazione di nitrurazione inizia a 1100°C e si riscalda gradualmente fino a 1420°C. L'intero processo richiede diversi giorni CC. Poiché la reazione è esotermica, la velocità di riscaldamento deve essere attentamente controllata. Generalmente il prodotto ottenuto mantenendolo al caldo sotto i 1400°C è una miscela di α- e β-Si3N4 con una porosità del 15C30%.

Ceramiche al nitruro di silicio

1. Sinterizzazione della reazione

Vantaggi: Non sono ammessi additivi Caratteristiche: La resistenza del materiale non verrà ridotta significativamente alle alte temperature; Le dimensioni e la forma del prodotto rimangono invariate ed è possibile produrre prodotti dalla forma complessa; Per saldare due parti basta collegarle e nitrurarle. Nella sinterizzazione a reazione, il fattore chiave che influenza la qualità del prodotto è il controllo della temperatura di reazione. Dopo il metodo di riscaldamento in tre fasi, la temperatura del forno viene aumentata al di sopra del punto di fusione del silicio, che viene spesso chiamata nitrurazione a temperatura eccessiva.