Miksi piinitridi korvaa teräksen korkean suorituskyvyn suunnittelussa- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

Piinitridin (Si3N4) ydinominaisuudet

Piinitridi on korkean suorituskyvyn tekninen keramiikka, jolle on tunnusomaista ainutlaatuinen termisten, mekaanisten ja sähköisten ominaisuuksien yhdistelmä. Toisin kuin monet muut keramiikat, jotka ovat hauraita lämpörasituksessa, piinitridillä on erittäin alhainen lämpölaajenemiskerroin ja korkea murtolujuus. Tämä tekee siitä poikkeuksellisen kestävän lämpöshokkia vastaan, jolloin se kestää nopeita lämpötilanvaihteluita halkeilematta. Kemiallisesti se koostuu piistä ja typestä, jotka on järjestetty kovalenttiseen sidosrakenteeseen, mikä johtaa materiaaliin, joka on lähes yhtä kovaa kuin timantti, mutta pysyy huomattavasti kevyempänä kuin lujat terässeokset.

Fysikaaliset ja termiset ominaisuudet

Omaisuus	Tyypillinen arvo
Tiheys	3,2 - 3,5 g/cm³
Kovuus (Vickers)	1400-1600 HV
Lämmönjohtavuus	20 - 30 W/m·K
Max käyttölämpötila	1200°C asti

Valmistusprosessit ja materiaalilaadut

Piinitridin suorituskyky riippuu suuresti menetelmästä, jota käytetään jauheen syntetisoimiseen ja tiivistämiseen. Koska materiaali ei sula, se on muodostettava sintrausprosesseilla. Reaction Bonded Silicon Nitride (RBSN) on luotu nitraamalla piijauhetiivistettä, mikä johtaa erinomaiseen mittapysyvyyteen mutta korkeampaan huokoisuuteen. Sitä vastoin Gas Pressured Sintered Silicon Nitride (GPSSN) ja Hot Pressed Silicon Nitride (HPSN) käyttävät korkeaa painetta ja lämpötilaa lähes teoreettisen tiheyden saavuttamiseksi, mikä tarjoaa korkeimman mekaanisen lujuuden vaativiin ilmailu- ja autoteollisuuden sovelluksiin.

Sintrattu piinitridi (SSN): Käyttää lisäaineita helpottamaan tiivistymistä korkeissa lämpötiloissa.
Kuumaisostaattinen puristus (HIP-SN): Poistaa sisäiset mikro-aukot maksimaalisen väsymiskestävyyden saavuttamiseksi.
Reaction Bonded (RBSN): Paras monimutkaisille muotoille, joissa vaaditaan tiukkoja toleransseja ilman koneistusta.

Teolliset sovellukset ja tekniikan edut

Auto- ja ilmailualalla piinitridi on nopeiden laakerikomponenttien kultastandardi. Si3N4:stä valmistetut keraamiset kuulalaakerit ovat 40 % kevyempiä kuin teräs, tuottavat vähemmän kitkaa ja voivat toimia ilman voitelua lyhyitä aikoja, mikä on kriittinen hätäskenaarioissa suihkumoottoreissa. Lisäksi sen ei-magneettiset ja sähköä eristävät ominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen käytettäväksi puolijohdevalmistuslaitteissa ja lääketieteellisissä implanteissa, joissa magneettiresonanssikuvauksen (MRI) tai sähköpiirien häiriöitä on vältettävä.

Tärkeimmät edut äärimmäisissä ympäristöissä

Korroosionkestävyys: Läpäise useimpia happoja ja emäksisiä liuoksia huoneenlämpötilassa.
Kulutuskestävyys: Erinomainen pitkäikäisyys hankaavissa ympäristöissä volframikarbidiin verrattuna.
Suuri jäykkyys: Tarjoaa erinomaisen rakenteellisen jäykkyyden Youngin moduulilla noin 310 GPa.

Piinitridikomponenttien suunnitteluun liittyviä näkökohtia

Suunniteltaessa piinitridillä insinöörien on otettava huomioon materiaalin sitkeyden puute. Vaikka se on uskomattoman vahva puristuksessa, se on herkkä pistekuormitukselle ja jännitykselle. Keraamisten osien käyttöiän maksimoimiseksi on tärkeää välttää teräviä sisäkulmia ja käyttää suuria säteitä jännityksen jakamiseen. Lisäksi, koska piinitridiä on vaikea työstää sintrauksen jälkeen, komponentit tulee suunnitella mahdollisimman lähelle "verkkomuotoa" tai hioa käyttämällä timanttikärkisiä työkaluja lopullisten toleranssien saavuttamiseksi. Asianmukaiseen integrointiin liittyy usein kutistesovitteiden tai erikoisliimojen käyttäminen keraamisten koteloiden liittämiseen metallikoteloihin.