Преимущества и недостатки керамики из нитрида кремния
Керамика из нитрида кремния — это передовой керамический материал, в основном состоящий из нитрида кремния (Si3N4). Этот материал обладает уникальными физическими и химическими свойствами, что делает его весьма универсальным и широко используемым в
различные отрасли промышленности.
Преимущества керамики на основе нитрида кремния (Si3N4)
1. Устойчивость к высоким температурам
Керамика из нитрида кремния (Si3N4) обладает превосходной устойчивостью к высоким температурам. Она разлагается при температуре около 1870°C при нормальном давлении и может выдерживать окисление до 1400°C, при этом практические температуры использования достигают 1200°C (выше которой ее механическая прочность может снизиться). Это делает ее идеальной для высокотемпературных сред, таких как аэрокосмическая промышленность, автомобильные двигатели и другие требовательные приложения.
2. Высокая твердость и прочность
Керамика из нитрида кремния по твердости уступает только алмазу, кубическому нитриду бора и карбиду кремния, значительно превосходя другие керамические материалы. Ее прочность на изгиб при комнатной температуре может превышать 720 МПа, что сопоставимо с прочностью легированных сталей, а ее прочность остается стабильной до 1200°C. Это делает керамику Si3N4 широко используемой в сверхтонких износостойких изделиях и режущих инструментах станков.
3. Термическая стабильность
Керамика из нитрида кремния с низким коэффициентом теплового расширения и высокой теплопроводностью обеспечивает отличную стойкость к тепловому удару. Она может выдерживать термический удар от комнатной температуры до 1000°C без растрескивания, что делает ее пригодной для использования в свечах накаливания дизельных двигателей и элементах электронагревателей.
4. Коррозионная стойкость
Керамика Si3N4 химически стабильна и устойчива к коррозии. Она не реагирует с большинством неорганических кислот, за исключением плавиковой кислоты. Она может выдерживать щелочные растворы с концентрацией 30% или менее и устойчива ко многим органическим веществам. Ее устойчивость к расплавленным металлам, особенно алюминию, делает ее широко используемой в литейной промышленности для таких компонентов, как стояки Si3N4, дегазационные трубы и роторы.
5. Низкая плотность
Керамика из нитрида кремния имеет плотность около 40% от плотности подшипниковой стали, что делает ее выгодной для легких применений. Это способствует снижению износа и повышению эффективности работы.
6. Самосмазывающиеся свойства
В условиях низкого содержания масла или сухого трения керамика из нитрида кремния демонстрирует исключительные характеристики по снижению трения и износа. Это делает ее идеальной для применения в жестких условиях смазки, особенно в шариках подшипников и подшипниках из Si3N4, которые нашли широкое применение в экстремальных условиях.
Недостатки керамики из нитрида кремния (Si3N4)
1. Хрупкость
Несмотря на лучшую прочность на излом, чем у многих других видов керамики, керамика из нитрида кремния все еще хрупкая. Эта хрупкость делает ее склонной к разрушению или растрескиванию при ударе или вибрации, что ограничивает ее использование в приложениях, требующих высокой прочности.
2. Трудно поддается машинной обработке
Из-за высокой твердости и износостойкости нитрида кремния, а также его хрупкости, после того, как материал был сформирован в керамику, такие процессы обработки, как резка и сверление, являются сложными. Это значительно увеличивает производственные затраты.
3. Низкий коэффициент теплового расширения
Хотя низкое тепловое расширение нитрида кремния способствует его размерной стабильности и стойкости к тепловому удару, оно может привести к напряжению интерфейса при сочетании с материалами, имеющими более высокий коэффициент теплового расширения, такими как металлы. Это может повлиять на общую надежность компонентов.
4. Плохая электропроводность
Керамика из нитрида кремния является отличным электроизолятором, что полезно в приложениях электроизоляции. Однако в сценариях, где требуется электропроводность, это свойство становится ограничением.
