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氮化硅主要由氮化硅组成,耐热冲击性和高温强度。这些特性使其成为汽车发动机和燃气轮机中的理想材料。它可用被应用于涡轮增压器转子、柴油发动机中的发热插头和带电插拔中,还被用于很多其它不同应用中。(欲知详情,请随时联系我公司wx。)
【氮化硅陶瓷特点】
1、氮化硅在高温下具有高强度和断裂韧性。它被用作为汽车发动机、燃气轮机和燃烧室零部件中的高温结构件。
2、氮化硅的热膨胀系数小,同时具有的耐热冲击性。
【氮化硅陶瓷工艺特点】
1、成型工艺
干压成型:干压成型或模压成型,一种金属粉末和陶瓷粉末的成型方法,就是将干粉 坯料填充入金属模腔中,施以压力使其成为致密坯体。
干压成型的原理:高纯度粉体属于瘠性材料,用传统工艺无法使之成型。 , 通过加入一 定量的表面活性剂,改变粉体表面性质,包括改变颗粒表面吸附性能,改变粉体颗粒形状, 从而减少超细粉的团聚效应, 使之均匀分布; 加入润滑剂减少颗粒之间及颗粒与模具表面的 摩擦; 加入黏合剂增强粉料的粘结强度。 将粉体进行上述预处理后装入模具, 用压机或 干压成型机以一定压力和压制方式使粉料成为致密坯体。
干压成型的特点:干压成型的优点是生产,人工少、废品率低,生产周期短,生产的 制品密度大、强度高,适合大批量工业化生产;缺点是成型产品的形状有较大限制,模具造 ,坯体强度低,坯体内部致密性不一致,组织结构的均匀性相对较差等。
2、烧结工艺
常见的工艺方法有?
1反应烧结(RS)? 反映烧结氮化硅主要是把硅(Si)粉或者硅粉与四氮化三硅(氮化硅)的混合物形成后,在1200度的高温下左右通入氮气进行预氮化,然后再经过机械加工完成所需要的器件,后经过1400度的高温进行终氮化烧结值得注意的是在此过程中不需要添加助烧剂,但是所得制品的致密度在百分之七十到百分之九十,存有大量的气孔.?
2热压烧结(HPS)? 是将氮化硅粉末和少量添加剂(如MgO、Al2O3、MgF2、Fe2O3?等),在1916MPa以上的压强和1600以上的温度进行热压成型烧结。英国和美国的一些公司采用的热压烧结氮化硅陶瓷,其强度高达981MPa以上。烧结时添加物和物相组成对产品性能有很大的影响。由于严格控制晶界相的组成,以及在氮化硅陶瓷烧结后进行适当的热处理,所以可以获得即使温度高达1300时强度(可达490MPa以上)也不会明显下降的氮化硅系陶瓷材料,而且抗蠕变性可提高三个数量级。若对氮化硅?陶瓷材料进行1400———1500高温预氧化处理,则在陶瓷材料表面上形成Si2N2O相,它能显著提高氮化硅陶瓷的耐氧化性和高温强度。热压烧结法生产的氮化硅陶瓷的机械性能比反应烧结的氮化硅要,强度高、密度大。但制造成本高、烧结设备复杂,由于烧结体收缩大,使产品的尺寸精度受到一定的限制,难以制造复杂零件,只能制造形状简单的零件制品,工件的机械加工也较困难。?
3常压烧结法(PLS)? 在提高烧结氮气氛压力方面,利用氮化硅分解温度升高(通常在N2=1atm气压下,从1800开始分解)的性质,在1700———1800温度范围内进行常压烧结后,再在1800———2000温度范围内进行气压烧结。该法目的在于采用气压能促进氮化硅陶瓷组织致密化,从而提高陶瓷的强度.所得产品的性能比热压烧结略低。这种方法的缺点与热压烧结相似。? 4重烧结(PS)? 将反应烧结的氮化硅烧结坯在助烧剂存在的情况下,置于氮化硅粉末中,在高温下重烧结,得到致密的氮化硅制品。助烧剂可在硅粉球磨时引入,也可用浸渍的方法在反应烧结后浸渗加入由于反应烧结过程中可预加工,在重烧结过程中的收缩仅有6%,10%,所以可制备形状复杂,性能优良的部件.
3、生产工艺流程
它是用硅粉作原料,先用通常成型的方法做成所需的形状,在氮气中及1200℃的高温下进行初步氮化,使其中一部分硅粉与氮反应生成氮化硅,这时整个坯体已经具有一定的强度。然后在1350℃~1450℃的高温炉中进行第二次氮化,反应成氮化硅。用热压烧结法可制得达到理论密度99%的氮化硅。
【氮化硅陶瓷实拍图】
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【氮化硅陶瓷制备】
氮化硅 陶瓷的制备技术在过去几年发展很快,制备工艺主要集中在反应烧结法、热压烧结法和常压烧结法、气压烧结法等类型. 由于制备工艺不同,各类型氮化硅陶瓷具有不同的微观结构(如孔隙度和孔隙形貌、晶粒形貌、晶间形貌以及晶间第二相含量等)。因而各项性能差别很大 。要得到性能优良的氮化硅 陶瓷材料,应制备的氮化硅 粉末. 用不同方法制备的氮化硅 粉质量不完全相同,这就导致了其在用途上的差异,许多陶瓷材料应用的失败,往往归咎于不了解各种陶瓷粉末之间的差别,对其性质认识不足。一般来说,的氮化硅 粉应具有α相含量高,组成均匀,杂质少且在陶瓷中分布均匀,粒径小且粒度分布窄及分散性好等特性。好的氮化硅 粉中α相至少应占90%,这是由于氮化硅 在烧结过程中,部分α相会转变成β相,而没有足够的α相含量,就会降低陶瓷材料的强度。
反应烧结法( RS)
是采用一般成型法,先将硅粉压制成所需形状的生坯,放入氮化炉经预氮化(部分氮化)烧结处理,预氮化后的生坯已具有一定的强度,可以进行各种机械加工(如车、刨、铣、钻). 后,在硅熔点的温度以上;将生坯再一次进行完全氮化烧结,得到尺寸变化很小的产品(即生坯烧结后,收缩率很小,线收缩率< 011% ). 该产品一般不需研磨加工即可使用。反应烧结法适于制造形状复杂,尺寸的零件,成本也低,但氮化时间很长。
热压烧结法( HPS)
是将氮化硅 粉末和少量添加剂(如MgO、Al2O3、MgF2、Fe2O3 等),在1916 MPa以上的压强和1600 ℃以上的温度进行热压成型烧结。英国和美国的一些公司采用的热压烧结氮化硅 陶瓷,其强度高达981MPa以上。烧结时添加物和物相组成对产品性能有很大的影响。由于严格控制晶界相的组成,以及在氮化硅 陶瓷烧结后进行适当的热处理,所以可以获得即使温度高达1300 ℃时强度(可达490MPa以上)也不会明显下降的氮化硅系陶瓷材料,而且抗蠕变性可提高三个数量级。若对氮化硅 陶瓷材料进行1400———1500 ℃高温预氧化处理,则在陶瓷材料表面上形成Si2N2O相,它能显著提高氮化硅 陶瓷的耐氧化性和高温强度。热压烧结法生产的氮化硅 陶瓷的机械性能比反应烧结的氮化硅 要,强度高、密度大。但制造成本高、烧结设备复杂,由于烧结体收缩大,使产品的尺寸精度受到一定的限制,难以制造复杂零件,只能制造形状简单的零件制品,工件的机械加工也较困难。
常压烧结法( PLS)
在提高烧结氮气氛压力方面,利用氮化硅 分解温度升高(通常在N2 = 1atm气压下,从1800℃开始分解)的性质,在1700———1800℃温度范围内进行常压烧结后,再在1800———2000℃温度范围内进行气压烧结。该法目的在于采用气压能促进氮化硅 陶瓷组织致密化,从而提高陶瓷的强度.所得产品的性能比热压烧结略低。这种方法的缺点与热压烧结相似。
气压烧结法( GPS)
近几年来,人们对气压烧结进行了大量的研究,获得了很大的进展。气压烧结氮化硅在1 ~10MPa气压下,2000℃左右温度下进行。高的氮气压抑制了氮化硅的高温分解。由于采用高温烧结,在添加较少烧结助剂情况下,也足以促进氮化硅晶粒生长,而获得密度> 99%的含有原位生长的长柱状晶粒高韧性陶瓷. 因此气压烧结无论在实验室还是在生产上都得到越来越大的重视. 气压烧结氮化硅陶瓷具有高韧性、高强度和好的耐磨性,可直接制取接近终形状的各种复杂形状制品,从而可大幅度降低生产成本和加工费用. 而且其生产工艺接近于硬质合金生产工艺,适用于大规模生产。
【氮化硅陶瓷性能】
氮化硅陶瓷材料表现出了较好的工艺性能。(1)机械强度高,硬度接近于刚玉,有自润滑性耐磨;(2)热稳定性高,热膨胀系数小,有良好的导热性能;(3)化学性能稳定,能经受强烈的辐射照射等等。
氮化硅陶瓷的的性能对于现代技术经常遇到的高温、高速、强腐蚀介质的工作环境,具有特殊的使用价值。比较的性能有: (1)机械强度高,硬度接近于刚玉,有自润滑性,耐磨。室温抗弯强度可以高达980MPa以上,能与合金钢相比,而且强度可以一直维持到1200℃不下降。 (2)热稳定性好,热膨胀系数小,有良好的导热性能,所以抗热震性很好,从室温到1000℃的热冲击不会开裂。 (3)化学性能稳定,几乎可耐一切无机酸(HF除外)和浓度在30%以下烧碱(NaOH)溶液的腐蚀,也能耐很多有机物质的侵蚀,对多种有色金属熔融体(特别是铝液)不润湿,能经受强烈的放射辐照。 (4)密度低,比重小,仅是钢的2/5,电绝缘性好。
【氮化硅陶瓷应用及用途】
氮化硅陶瓷的应用初期主要用在机械、冶金、化工、航空、半导体等工业上,作某些设备或产品的零部件,取得了很好的预期效果。近年来,随着制造工艺和测试分析技术的发展,氮化硅陶瓷制品的可靠性不断提高,因此应用面在不断扩大。特别值得赞赏的是,正在研制氮化硅陶瓷发动机,并且已经取得了很大的进展,这在科学技术上成为举世瞩目的大事。有关应用的主要内容有:? (1)在冶金工业上制成坩埚、马弗炉炉膛、燃烧嘴、发热体夹具、铸模、铝液导管、热电偶测温保护套管、铝电解槽衬里等热工设备上的部件。? (2)在机械工业上制成高速车刀、轴承、金属部件热处理的支承件、转子发动机刮片、燃气轮机的导向叶片和涡轮叶片等。? (3)在化学工业上制成球阀、泵体、密封环、过滤器、热交换器部件、固定化触媒载体、燃烧舟、蒸发皿等。? (4)在半导体、航空、原子能等工业上用于制造开关电路基片、薄膜电容器、承受高温或温度剧变的电绝缘体、雷达天线罩、导弹尾喷管、原子反应堆中的支承件和隔离件、核裂变物质的载体等。? (5)在医学工程上可以制成人工关节。? (6)正在研制的氮化硅质的全陶瓷发动机代替同类型金属发动机。
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