当前位置:主页 > 新闻中心 > 行业资讯 >

氮化硅陶瓷材料的应用

发布时间:2020-10-12
  氮化硅作为一种主要依靠人工条件合成的化合物,在一百五十多年前被国外科学家成功研制,地球上自然存在的氮化硅(大小约为2×5μm)直到二十世纪九十年代才在陨石中被人类发现。氮化硅作为一种重要的结构陶瓷材料,具有同其他金属和材料更为优越的耐高温、耐腐蚀、耐磨性、高韧性、高抗弯强度等性能,能够被应用于传统金属材料所不能适应匹配的高要求极端运作环境,其制成零部件等产品可被应用于机械工程、超细研磨、高性能机床切削刀具、冶金等领域。
  下面简略介绍几种氮化硅陶瓷制品(包含但不仅限于):
  (一)氮化硅陶瓷轴承及轴承球
  陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件,在新材料领域当中,因具有相较于金属轴承更优良的耐高温、高强度等性能而被推崇应用。伴随加工技术、工艺水平的日益提高,其制造成本的下降,产品市场价格走向实用化,陶瓷轴承的应用开始向各行业领域进军,不再仅停留于高、精、尖、小范围内应用。陶瓷轴承的材质主要分为氮化硅和氧化锆,氮化硅制陶瓷相比氧化锆材料适用于更高转速、高负荷,以及高温的环境下。利用氮化硅制备高速、高精度刚性主轴的精密陶瓷轴承,其最高制造精度可达P4至UP级。氮化硅或氮化硅基陶瓷复合材料也因此被公认是制造轴承及其零件最理想的材料。目前氮化硅陶瓷轴承主要用于四个方面:①高速轴承②高温轴承③真空用轴承④腐蚀用轴承。
  氮化硅陶瓷球则是在非氧化环境中高温烧结的精密陶瓷制品,具有耐酸碱、耐腐蚀等特性,不仅可以在海水中长期使用,绝缘性、自润滑性也十分优异,因此可以使用到无润滑介质高污染的环境中。在800℃时,氮化硅陶瓷球强度、硬度几乎不变,密度为3.20g/cm3,重量几乎是轴承钢的1/3的重量,旋转时离心力小.可实现高速运转。由此氮化硅陶瓷球很大程度上能成为陶瓷轴承、混合陶瓷轴承的首选球珠,在超细研磨领域也发挥着重要的作用。
  (二)氮化硅制涡轮转子
  涡轮增压是一种利用内燃机运作所产生的废气驱动空气压缩机的技术,作用在于提高发动机的进气量,从而增加发动机的功率和扭矩,同时对降低燃油消耗、减少噪声、减少尾气中的有害分子等方面具有重要意义。涡轮增压器的关键零件是涡轮转子,主要由转子叶片、涡轮盘、涡轮轴等零件组成。氮化硅系陶瓷具有的质量轻、高强度、高耐热、耐冲击和高断裂韧性等优越性质,与高品质转子的适用要求非常匹配。经试验表明,氮化硅制成的涡轮转子转动惯量可减少40%,增压响应时间快30%,明显改进了低速时的加速度。并且氮化硅陶瓷在涡轮增压器上的应用,为车用涡轮增压器上的轻量化技术提供了可能。
  (三)氮化硅陶瓷刀具
  在全球制备硬质合金的金属矿产资源日益减少、价格上涨的大环境下,新技术的发展促进了多种高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨耐高温新材料的研制,陶瓷刀具也应运而生。一代陶瓷刀具为氧化铝陶瓷刀具,于1950年开始在生产上进行应用,1968年二代的复合氧化铝陶瓷刀具在强度和韧性上较第一代性能更加优异;20世纪70年代末80年代初国际上第三代陶瓷刀具——氮化硅陶瓷刀具才出现。这类刀具又比第二代复合氧化铝刀具更高的韧性、抗冲击性、高温强度和抗热震性。氮化硅刀具主要适用于铸铁、高温合金的粗加工、高速切削和重切削,其优异的化学稳定性和耐磨性可在高速条件下长时间进行切削加工运作,比普通硬质合金刀具运行效率平均提高三倍以上。
  (四)铝冶金氮化硅陶瓷部件
  氮化硅陶瓷具有的抗铝液腐蚀的特性让其在铸铝连轧生产线和炼铝、熔铝作业中,可用来制作测温热电偶管套、炼铝炉炉衬、铝液包子内衬、坩埚、铸铝模具、铝电解槽等用具。例如氮化硅陶瓷制成的热电偶管套用于铝液测温这一技术已经开始在我国普及,这种管套相较于常用的不锈钢、刚玉陶瓷管套在使用性能上更加优异,毕竟不锈钢容易被铝液腐蚀,连续使用20h后就会被损坏,刚玉更是经不起热冲击。而在铝液中性能长期稳定、间歇测温1200次以上都不开裂的氮化硅陶瓷管套在加工过程中可谓是一大利器。