CERAMIKA Z AZOTKU KRZEMU, CERAMIKA SI3N4, OBROTOWE ŁOŻYSKA KULKOWE I WALCOWE

Rodzaje azotku krzemu

Istnieje kilka różnych metod produkcji azotku krzemu, z których wszystkie wytwarzają materiały o nieco innych właściwościach.

• Azotek krzemu związany reakcją (RBSN)

• Spiekany azotek krzemu związany reakcją (SRBSN)

• Spiekany azotek krzemu pod ciśnieniem gazu (GPSN)

• Azotek krzemu prasowany na gorąco (HPSN)

• Azotek krzemu prasowany izostatycznie na gorąco (HIP-SN)

Azotek krzemu związany reakcją (RBSN)

We wczesnych dniach azotku krzemu wszystko to było wytwarzane poprzez wiązanie reakcyjne ze względu na trudność w produkcji proszku azotku krzemu.Dzięki tej metodzie silikonowa wypraska jest podgrzewana w atmosferze bogatej w azot – azot wiąże się z proszkiem krzemu, tworząc porowatą i nie do końca gęstą bryłę azotku krzemu.W tym procesie występuje niewielki skurcz, co sprawia, że ​​obróbka wstępna (obróbka wypraski przed spiekaniem) jest bardzo skuteczna.Właściwości mechaniczne RBSN nie są dobre ze względu na jego ograniczoną gęstość (około 70 – 85%).Ponadto struktura porów spowodowana małą gęstością prowadzi do wysokich szybkości utleniania i słabej odporności na erozję.Zwykle jest używany w zastosowaniach związanych z wysoką temperaturą/szokiem termicznym.

Spiekany azotek krzemu związany reakcją (SRBSN)

Metoda Reaction Bonded Sintered wykorzystuje ten sam proces, co powyżej, jednak w oryginalnym proszku zawarte są środki wspomagające spiekanie (w celu promowania spiekania w fazie ciekłej) i następuje dodatkowy proces spiekania.Po azotowaniu wypraski krzemionkowej porowata bryła azotku krzemu jest następnie umieszczana w wysokociśnieniowym piecu do azotowania w celu usunięcia porów i wytworzenia znacznie gęstszego produktu.Ta metoda jest dość przestarzała i była stosowana głównie ze względu na trudności związane z wytwarzaniem proszku azotku krzemu na początku.

Spiekany azotek krzemu pod ciśnieniem gazu (GPSN)

Jest to najpopularniejsza metoda wytwarzania elementów z azotku krzemu o wysokiej wytrzymałości i złożonej geometrii.Metoda GPSN wykorzystuje proszek azotku krzemu, który został zmieszany ze środkami wspomagającymi spiekanie w celu promowania spiekania w fazie ciekłej (zwykle tlenku itru, tlenku magnezu i / lub tlenku glinu), a także spoiw w celu poprawy wytrzymałości mechanicznej surowej masy ceramicznej.Proszek jest prasowany do pożądanej postaci i może mieć miejsce obróbka na zielono.Wypraski są następnie umieszczane w piecu, który ma atmosferę azotu pod ciśnieniem, aby wspomóc zagęszczanie i zapobiec odparowaniu/rozkładowi krzemu, azotu i dodatków.

Spiekany azotek krzemu pod ciśnieniem gazu (GPSN)

Firma Precision Ceramics oferuje szereg standardowych prętów ceramicznych z azotku krzemu, wszystkie precyzyjnie obrócone w celu uzyskania doskonałego wykończenia powierzchni.Pręty te mogą być używane jako łożyska, tłoki, elementy silnika lub w wielu innych zespołach.Ponadto firma Precision Ceramics oferuje pełne usługi obróbki skrawaniem/szlifowania do produkcji niestandardowych komponentów z azotku krzemu.

Azotek krzemu prasowany na gorąco (HPSN)

HPSN jest wytwarzany przez jednoosiowe prasowanie proszku azotku krzemu (z dodatkami spiekającymi) przy jednoczesnym doprowadzaniu ciepła.Do tego procesu wymagany jest specjalny rodzaj prasy i matrycy.Wytwarza azotek krzemu o doskonałych właściwościach mechanicznych, jednak można wytwarzać tylko proste kształty.Ponieważ niemożliwa jest obróbka ekologiczna elementu, który jest prasowany na gorąco, szlifowanie diamentowe jest jedynym sposobem na tworzenie skomplikowanych geometrii.Ze względu na wysokie koszty i trudności związane ze szlifowaniem diamentów i prasowaniem na gorąco, jego zastosowanie jest zwykle ograniczone do produkcji prostych elementów w małych ilościach.

Azotek krzemu prasowany na gorąco izostatycznie (HIP-SN)

Ta metoda konsoliduje proszek azotku krzemu przy użyciu wysokich ciśnień i wysokich temperatur.Korpus z azotku krzemu o zamkniętej porowatości jest prasowany izostatycznie (równomierne ciśnienie ze wszystkich stron) za pomocą gazu obojętnego pod ciśnieniem do 2000 barów przy jednoczesnym ogrzewaniu komory.Ten proces skutecznie wyciska wszelkie pory/defekty z materiału podczas jego spiekania i zbliża gęstość do teoretycznej.HIPing poprawia właściwości mechaniczne i niezawodność, jednak jest to kosztowny proces, który jest zwykle stosowany tylko w bardzo wybranych okolicznościach.

Obróbka azotku krzemu

Azotek krzemu można obrabiać w stanach zielonych, biszkoptowych lub w pełni gęstych.W postaci zielonej lub herbatnika można go stosunkowo łatwo obrabiać w złożone geometrie.Jednak proces spiekania wymagany do pełnego zagęszczenia materiału powoduje, że korpus azotku krzemu kurczy się o około 20%.Ten skurcz oznacza, że ​​niemożliwe jest zachowanie bardzo wąskich tolerancji podczas obróbki wstępnego spiekania azotku krzemu.Aby uzyskać bardzo wąskie tolerancje, w pełni spiekany materiał musi być obrabiany/szlifowany narzędziami diamentowymi.Proces ten wykorzystuje bardzo precyzyjne narzędzie/koło pokryte diamentem do ścierania materiału, aż do uzyskania pożądanego kształtu.Ze względu na naturalną wytrzymałość i twardość materiału może to być czasochłonny i kosztowny proces.