Нитрид Кремния (Si3N4)
Высокопроизводительная передовая керамика из нитрида кремния (Si3N4) с исключительной вязкостью разрушения, термостойкостью и износостойкостью для demanding инженерных применений.
Спецификации
- Si3N4 Content
- ≥93%
- Density
- 3.2 g/cm³
- Flexural Strength
- ≥700 MPa
- Max Service Temperature
- 1 200°C
- Fracture Toughness
- 6-7 MPa·m½
- Thermal Conductivity
- 25-30 W/m·K
Характеристики
- •Исключительная вязкость разрушения (6-7 МПа·м½) — наивысшая среди монолитных технических керамик
- •Выдающаяся термостойкость — выдерживает быстрые перепады температур до 800 °C
- •Высокая износостойкость и низкий коэффициент трения для трибологических применений
- •Отличная стойкость к ползучести при температурах до 1 200 °C
- •Превосходная коррозионная стойкость к большинству кислот, щелочей и расплавленных металлов
Применение
Отрасли
Нитрид кремния (Si3N4) — один из самых механически прочных технических керамических материалов, отличающийся уникальным сочетанием высокой вязкости разрушения, термостойкости и износостойкости. В отличие от большинства керамик, которые хрупки и подвержены катастрофическому разрушению, уникальная микроструктура нитрида кремния — с удлинёнными зёрнами β-Si3N4, образующими переплетённый «in-situ композит» — обеспечивает вязкость разрушения 6–7 МПа·м½, приближающуюся к показателям некоторых металлических материалов. Это свойство в сочетании с плотностью всего 3,2 г/см³ (примерно треть от плотности стали) делает его незаменимым в приложениях, где критически важны как прочность, так и малый вес.
Нитрид кремния производится двумя основными способами: реакционным связыванием (RBSN) и безpressовым спеканием (SSN). Si3N4 реакционного связывания предлагает более низкую стоимость и минимальное изменение размеров при обработке, что подходит для сложных форм, но достигает более низкой плотности и механических свойств. Спечённый Si3N4 — обычно с добавками оксида иттрия (Y2O3) или оксида магния (MgO) — достигает плотности, близкой к теоретической, с превосходными механическими и тепловыми свойствами, но требует более высоких температур обработки и более строгого контроля процесса. Для специалистов по закупкам понимание того, какой производственный метод использовался, необходимо для соответствия свойств материала требованиям применения.
Термостойкость материала исключительно высока — он выдерживает перепады температур 800 °C и более без растрескивания, значительно превосходя глинозём (200–300 °C) или цирконий (300–400 °C). Это свойство в сочетании с сохранением прочности при высоких температурах и стойкостью к ползучести делает нитрид кремния материалом выбора для роторов турбокомпрессоров в высокопроизводительных автомобильных применениях, где керамический компонент работает при 1 000 °C в условиях высоких напряжений и вибраций. В подшипниковой промышленности гибридные керамические подшипники с шариками из Si3N4 и стальными кольцами обеспечивают более высокие скоростные характеристики, более длительный срок службы и сниженные требования к смазке по сравнению с полностью стальными подшипниками.
При закупке нитрида кремния покупателям следует указывать метод производства, плотность (≥3,2 г/см³ для спечённых марок), прочность на изгиб и вязкость разрушения. Разница в цене между марками реакционного связывания и полностью спечёнными марками существенна, поэтому проверка COA на соответствие требованиям применения необходима. Для критических инженерных применений следует запросить данные о модуле Вейбулла (статистическая надёжность прочности) и теплопроводности, так как эти параметры напрямую коррелируют с эксплуатационными характеристиками.
