Siliziumnitridkeramik zeichnet sich durch ihr geringes spezifisches Gewicht, ihre hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit, hervorragende elektrische Isolierung und Selbstschmiereigenschaften im Bereich der Keramiklager aus, insbesondere unter extremen Arbeitsbedingungen wie hoher Geschwindigkeit, hoher Temperatur, niedrigem Drehmoment usw Magerölschmierung, Siliziumnitridkugel als Wälzkörper Keramiklager zeigen hervorragende Einsatzmöglichkeiten. Die starken kovalenten Bindungseigenschaften von Siliziumnitrid erschweren jedoch die Verdichtung durch Festphasensintern, was die Herstellung von Siliziumnitridkeramiken vor Herausforderungen stellt. In diesem Artikel werden der Flüssigphasensinterprozess von Siliziumnitridkeramiken, einschließlich Atmosphärensintern, Heißpresssintern und Drucksintern, sowie der Einfluss dieser Prozesse auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Siliziumnitridkeramiken diskutiert.
Siliziumnitridkeramik ist aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie geringes Gewicht, hohe Festigkeit, Abriebfestigkeit, elektrische Isolierung und Selbstschmierung die erste Wahl für Keramiklagerrollen. Keramiklager mit Siliziumnitrid-Keramikkugeln als Wälzkörper eignen sich besonders für den Einsatz unter Arbeitsbedingungen wie hoher Geschwindigkeit, hoher Temperatur, niedrigem Drehmoment und Magerölschmierung, wie z. B. Hochgeschwindigkeits-Motorspindellagern für Präzisionswerkzeugmaschinen, Windkraftlager usw Luft- und Raumfahrtlager.
Siliziumnitrid ist eine starke kovalente Bindungsverbindung mit niedrigem Selbstdiffusionskoeffizienten und unzureichender Sinterantriebskraft, sodass es schwierig ist, eine Verdichtung durch einfaches Festphasensintern zu erreichen. Daher muss eine bestimmte Menge an Sinteradditiven hinzugefügt werden, um den Verdichtungsprozess durch Flüssigphasensintern abzuschließen. Das Prinzip des Flüssigphasensinterns von Siliziumnitridkeramik besteht darin, dass Sinterzusätze mit SiO2 auf der Oberfläche des Siliziumnitridpulvers reagieren, um eine flüssige Phase zu bilden, und unter der Wirkung der flüssigen Phase kommt es durch den Prozess der Partikelumlagerung und Lösung zu einer Verdichtung -Niederschlag und Kornwachstum.
Zu den am häufigsten verwendeten Flüssigphasensinterverfahren für Siliziumnitridkeramiken gehören Atmosphärendrucksintern, Heißpresssintern und Luftdrucksintern.
Siliziumnitrid beginnt sich nach 1700 °C zu zersetzen. Um die Zersetzung von Siliziumnitrid zu hemmen, wird das Sintern bei atmosphärischem Druck normalerweise mit vergrabenem Pulver durchgeführt, aber die Wirkung von vergrabenem Pulver ist begrenzt, so dass die Temperatur des Sinterns bei atmosphärischem Druck nicht möglich ist 1750â überschreiten, und eine große Anzahl von Sinterzusätzen muss hinzugefügt werden, um die Verdichtung zu fördern, was die Leistung des Produkts ernsthaft beeinträchtigt.
Heißpresssintern dient dazu, eine Verdichtung unter der doppelten Wirkung von flüssiger Phase und mechanischem Druck zu erreichen, die Sintertemperatur ist niedrig und die Produktleistung ist ausgezeichnet, aber aufgrund der Einschränkungen der Graphitform kann es nur dazu verwendet werden Produzieren Sie Produkte mit einfachen Formen und die Produktionskapazität ist gering.
Drucksintern (GPS) basiert auf Hochdruckstickstoff (1 ~ 10 MPa), um die Zersetzung von Siliziumnitrid zu hemmen, kann die Sintertemperatur von Siliziumnitridkeramik auf mehr als 1900 °C erhöhen und den Widerspruch zwischen Verdichtung und Hochtemperaturzersetzung lösen Der Sinterprozess von Siliziumnitridkeramik kann die Menge an Sinterzusätzen reduzieren, die Leistung von Produkten verbessern und ist für die Massenproduktion geeignet.
Derzeit gibt es zahlreiche Literaturberichte über die Auswirkung des pneumatischen Sinterprozesses auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Siliziumnitridkeramiken.
Zum Beispiel haben Zhou Changling et al. verwendeten β-Si3N4-Pulver als Rohmaterial und Yttriumaluminiumgranat (YAG) als Sintermittel zur Herstellung von Siliziumnitridkeramiken durch Drucksinterverfahren und stellten fest, dass der Verdichtungsgrad und die mechanischen Eigenschaften von Siliziumnitridkeramiken mit der Zunahme von zunächst zunahmen und dann abnahmen Sintertemperatur.
Mitomo et al. untersuchten unter Verwendung von α-Si3N4-Pulver und β-Si3N4-Pulver als Rohmaterialien und MgO-Y2O3 als Sintermittel die Unterschiede in der Mikrostruktur von Siliziumnitridkeramiken, die durch Druck verschiedener Rohmaterialien gesintert wurden, und stellten fest, dass dies der Fall ist Unter diesen Bedingungen zeigte die Mikrostruktur von Siliziumnitridkeramiken, die mit α-Si3N4-Pulver als Rohmaterialien hergestellt wurden, einen bimodalen Zustand und grobe β-Si3N4-Körner. Die Mikrostruktur von Siliziumnitridkeramiken, die mit β-Si3N4-Pulver hergestellt wurden, war gleichmäßig und zeigte einen unimodalen Zustand.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Herstellungsprozess von Siliziumnitridkeramiken, insbesondere die Flüssigphasensintertechnologie, einen entscheidenden Einfluss auf deren Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften hat. Durch den Vergleich der Vor- und Nachteile verschiedener Methoden wie atmosphärisches Sintern, Heißpresssintern und pneumatisches Sintern können wir feststellen, dass pneumatisches Sintern eine hervorragende Leistung bei der Erhöhung der Sintertemperatur, der Hemmung der Zersetzung von Siliziumnitrid, der Reduzierung der Menge an Sinteradditiven und der Verbesserung aufweist die Leistung von Produkten und eignet sich für die Massenproduktion von Hochleistungs-Siliziumnitridkeramiken. Gleichzeitig hat die Auswahl unterschiedlicher Rohstoffe und Sinteradditive auch einen wesentlichen Einfluss auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Siliziumnitridkeramiken. Mit der Vertiefung der Forschung und dem kontinuierlichen Fortschritt der Technologie wird der Herstellungsprozess von Siliziumnitridkeramik in Zukunft perfekter und seine Anwendung in Präzisionswerkzeugmaschinen, Windkraft, Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen umfassender sein.
