窒化ケイ素セラミック部品

窒化ケイ素セラミックは、焼結時に収縮しない無機材料セラミックです。 窒化ケイ素は非常に強く、特にホットプレスされた窒化ケイ素は世界で最も硬い物質の 1 つです。 窒化ケイ素セラミック部品には、高強度、低密度、および高温耐性の特性があります。

Si3N4 セラミックは共有結合化合物であり、基本構造単位は [SiN4] 四面体であり、シリコン原子は四面体の中心に位置し、その周囲には四面体の 4 つの頂点に位置する 4 つの窒素原子があり、各四面体は原子の形を共有し、3 次元空間で連続した堅固なネットワーク構造を形成します。

Zhongwei Precisionは、高強度、高靭性、耐摩耗性、耐食性、および高温耐性を備えた高度なセラミックを国内外の顧客に提供することに取り組んでいます。 これは、精密セラミックスの分野における産業用精密先進セラミック製品の研究開発、製造、販売を統合するハイテク企業です。 さまざまな最新の高精度機器を使用して、セラミック粉末の準備、グリーンボディの成形、高温焼結からセラミック材料の仕上げまで、セラミック部品の製造プロセス全体の完了を独自に実現しました。

製品説明クリプション

1.実施基準：同社はISO9001認証を厳格に実施しており、製品はROHS、FDA EU認証などに合格しています。

2. 製品材料規格: ISO、GB、ASTM、SAE、EN、DIN、BS、AMS、JIS、ASME、DMS、TOCT、GB

3. 主なプロセス: グラウト、射出成形、テープ キャスティング、静水圧プレス、3D 印刷

4. セラミックスに使用可能な材料:

主に完成したセラミック ロッド、セラミック チューブ、セラミック リング、セラミック プレート、セラミック吸盤、セラミック ブレード、およびその他の特殊な形状のセラミック構造を製造しています。 主なセラミックス材料は、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムセラミックスです。 耐高温性、耐摩耗性、耐食性、耐酸・耐アルカリ性、耐磁性、耐圧性。 また、3D プリントなどは、お客様の要件に応じてカスタマイズされます。

結合されたチューブ、その高い耐摩耗性により、材料の摩耗や衝撃に効果的に抵抗します。

商品の作り方と現状

1. 基本特性

窒化ケイ素の特性の多くは、この構造によるものです。 純粋な Si3N4 は 3119 で、 と の 2 つの結晶構造があり、どちらも六方晶です。 その分解温度は、空気中で 1800 度、0.11MPa の窒素中で 1850 度です。 Si3N4は熱膨張係数が小さく、熱伝導率が高いため、耐熱衝撃性に優れています。 ホットプレスされた焼結窒化ケイ素は、1000度に加熱して冷水に入れても壊れません。 あまり高温では、Si3N4 は高い強度と耐衝撃性を備えていますが、1200 度を超えると使用時間が長くなると損傷を受け、強度が低下し、1450 度を超えると疲労損傷を受けやすくなるため、Si3N4 の動作温度は一般的には1300度を超えません。 Si3N4 は理論密度が低いため、鋼やエンジニアリング超合金鋼よりもはるかに軽量です。 したがって、高強度、低密度、高温耐性、およびその他の特性を備えた材料を必要とする場所では、合金鋼を置き換えるために窒化ケイ素セラミック部品を使用する必要があります。 それは適切以上です。

2. 材料特性

優れた高温エンジニアリング材料として、Si3N4 セラミック材料は、高温分野でのアプリケーションで最も有利に働くことができます。 今後の Si3N4 の開発方向は次のとおりです。 (2) Si3N4 粉末を焼結する際にいくつかの新しいフラックスを開発し、既存のフラックスの最適な成分を研究および制御する。 (3) 粉砕、成形、焼結プロセスを改善する。 ⑷ より高性能な複合材料を生産するために、Si3N4 と SiC の複合材料およびその他の材料を開発します。 Si3N4 セラミックスの自動車エンジンへの応用は、新しい高温構造材料の開発に新たな状況を作り出しました。 自動車産業そのものが、さまざまな技術の集大成となる複合産業です。 中国は長い歴史を持つ古代文明であり、セラミック開発の歴史において輝かしい成果を上げてきました。 改革と開放の過程で、中国はいつの日か、世界の自動車産業の主要国の中にランクされ、陶磁器産業の発展に大きな栄光をもたらすでしょう。

高温に非常に強く、1200度の高温でも強度が低下することなく維持できます。 加熱しても溶けず、1900度まで分解しません。 また、30% 未満の苛性ソーダ溶液は、多くの有機酸の腐食にも耐えることができます。 同時に、それは高性能の電気絶縁材料です。

3. 加工方法

シリコン粉末を原料とし、通常の成形法で所望の形状に成形し、窒素中1200℃の高温で予備窒化を行い、シリコン粉末の一部を反応させます。窒化ケイ素を形成するために窒素と。 全身はすでに一定の力を持っています。 その後、1350度～1450度の高温炉で2回目の窒化を行い、窒化ケイ素に反応させます。 ホットプレス焼結により、理論密度99%の窒化ケイ素が得られます。

4. 調製方法

窒化ケイ素セラミック部品の製造技術は、過去数年間で急速に発展しました。 製造技術は、主に反応焼結法、ホットプレス焼結法、常圧焼結法、空気圧焼結法などに焦点を当てています。 さまざまな準備プロセスにより、さまざまなタイプの窒化ケイ素セラミックスは、さまざまな微細構造 (気孔率と細孔の形態、粒子形態、粒子間形態、および粒子間の第 2 相含有量など) を持っています。 そのため、性能が大きく異なります。 優れた性能を持つ Si3N4 セラミック材料を得るには、まず高品質の Si3N4 粉末を準備する必要があります。 さまざまな方法で調製された Si3N4 粉末の品質はまったく同じではなく、その使用方法の違いにつながります。多くのセラミック材料アプリケーションの失敗は、多くの場合、開発者がさまざまなセラミック粉末の違いを理解していないため、十分ではありません。それらの特性の理解。 一般的に言えば、高品質のSi3N4粉末は、相含有量が高く、組成が均一で、不純物が少なく、セラミック内に均一に分布し、粒子サイズが小さく、粒子サイズ分布が狭く、分散性が良好であるという特性を備えている必要があります。 良好な Si3N4 粉末の相は、少なくとも 90% を占める必要があります。これは、Si3N4 の焼結プロセス中に、相の一部が相に変化し、十分な相含有量がないため、セラミック材料の強度が低下するためです。 .

(1) 反応焼結法（RS）

一般的な成形方法を採用。 まず、シリコン粉末をプレスして所望の形状の素地にし、窒化炉に入れて予備窒化（部分窒化）焼結します。 窒化前の素地には一定の強度があり、さまざまな機械加工 (旋削、平削り、フライス削り、穴あけなど) を行うことができます。 最後に、シリコンの融点を超える温度で。 未加工体は再び完全に窒化および焼結され、寸法変化の少ない製品が得られます (つまり、未加工体の焼結後、収縮率は非常に小さく、線形収縮率は < 0.11%="" です)。="" 研磨せずにご使用いただけます。="">

(2)ホットプレス焼結(HPS)

Si3N4 粉末と少量の添加物 (MgO、Al2O3、MgF2、Fe2O3 など) をホットプレスし、1916 MPa を超える圧力と 1600 度を超える温度で焼結します。 英国や米国の一部の企業で使用されているホットプレス焼結 Si3N4 セラミックスは、981MPa 以上の高い強度を持っています。 焼結中の添加剤と相組成は、製品の特性に大きな影響を与えます。 Si3N4系セラミックスは、粒界相の組成を厳密に管理し、焼結後に適切な熱処理を施すことにより、1300℃の高温（490MPa以上まで）でも強度が著しく低下しないSi3N4系セラミックス材料です。 ) が得られ、耐クリープ性が 3 桁向上します。 Si3N4 セラミック材料が 1400---1500 度の高温で予備酸化されると、セラミック材料の表面に Si2N2O 相が形成され、Si3N4 セラミックの耐酸化性と高温強度が大幅に向上します。 . ホットプレス焼結によって製造された Si3N4 セラミックスの機械的特性は、反応焼結 Si3N4 の機械的特性よりも優れており、高強度と高密度を備えています。 しかし、製造コストが高く、焼結装置が複雑です。 焼結体の収縮が大きいため、製品の寸法精度はある程度制限されます。 複雑な部品の製造は困難です。 単純な形状の部品しか製造できず、ワークの機械加工も難しい。

(3)常圧焼結法（PLS）

焼結窒素雰囲気の圧力を高めるという点では、Si3N4分解温度の使用は、{{4 }} 度 C、次に空気圧で 1800---2000 度の温度範囲で焼結が行われます。 この方法の目的は、空気圧を使用して Si3N4 セラミックスの緻密化を促進し、それによってセラミックスの強度を向上させることです。 得られた製品の特性は、ホットプレス焼結の特性よりもわずかに低くなります。 この方法の欠点は、ホットプレス焼結と同様です。

(4) ガス加圧焼結法（GPS）

近年、人々は空気圧焼結について多くの研究を行い、大きな進歩を遂げました。 窒化ケイ素のガス加圧焼結は、1～10MPaの圧力下で約2000度の温度で行われます。 高い窒素圧により、窒化ケイ素の熱分解が抑制されます。 高温焼結を使用するため、添加する焼結助剤を少なくするだけで、Si3N4 粒子の成長を促進し、密度が 99% を超える長い柱状粒子がその場で成長する高靭性セラミックを得ることができます。 したがって、空気圧焼結は実験室で使用できます。製造においてますます注目されています。 ガス圧焼結窒化ケイ素セラミックスは、高靭性、高強度、優れた耐摩耗性を備えており、最終形状に近いさまざまな複雑な形状を直接製造できるため、製造コストと加工コストを大幅に削減できます。 また、その製造工程は超硬合金の製造工程に近く、大量生産に適しています。

5. 研究状況

Ｓｉ３Ｎ４やサイアロンのセラミックス焼結体については、複合材料を形成せずに単一の状態を維持して超塑性により形成するプロセスを提供し、そのプロセスにより形成された焼結体を提供する。 相対密度が９５％を超え、焼結体の二次元断面における線密度が１２０～２５０の範囲で５０μｍである窒化ケイ素・サイアロン焼結体； 圧縮により、10-1/秒未満のひずみ速度で塑性変形が発生します。 形成された焼結体は、特に常温において優れた機械的特性を有する。

Si3N4 セラミックは重要な構造材料です。 潤滑性と耐摩耗性を備えた超硬物質です。 フッ酸以外の他の無機酸と反応せず、耐食性、耐高温性に優れています。 酸化。 そして、寒さと熱の衝撃に耐えることができます。 空気中で1,000度以上に加熱でき、急冷、急加熱しても壊れません。 Si3N4 セラミックスの優れた特性があるからこそ、人々は Si3N4 セラミックスをベアリングに使用しています。 、ガスタービンブレード、メカニカルシールリング、永久金型、その他の機械部品。 エンジン部品の加熱面が、高温に耐え、熱を伝えにくい窒化ケイ素セラミックスでできている場合、ディーゼルエンジンの品質を向上させ、燃料を節約するだけでなく、熱効率も向上させることができます。 . 中国、米国、日本などの国がこのディーゼルエンジンを開発しました。

焼結後の工程

加工設備：CNC彫刻機、センタレス研削、内面および外面円筒研削、平面研削、CNC旋盤マシニングセンター、ワイヤーカット、旋削、フライス加工、研削およびその他の高精度の生産および試験装置を装備。

金型・検査治具

1. 金型の耐用年数: 通常は半永久的です。 （失われた泡を除く）。

2. 金型納期: 10-25 日 (製品構造と製品サイズによる)。

3.工具と金型のメンテナンス：Zhongweiは精密部品を担当しています。

品質管理

1. 品質管理: 不良率は 0.1% 未満です。

2.サンプルと試運転は、ISDO基準または顧客の要件に従って、生産中および出荷前に100％検査され、大量生産のサンプル検査が行われます。

3.試験装置：真円度測定器、三座標測定器、画像座標測定器、六角三座標測定器、画像測定器、密度測定器、平滑度測定器、マイクロビッカース硬度計。

応用

Si3N4 の軽量性と剛性を利用して、ボール ベアリングの製造に使用できます。ボール ベアリングは、金属ベアリングよりも精度が高く、発熱が少なく、高温や腐食性媒体で動作できます。 Si3N4セラミックス製のスチームノズルは、耐摩耗性、耐熱性に優れた特性を持っています。 650 度のボイラーで数か月使用しても明らかな損傷はありませんが、他の耐熱耐食合金鋼ノズルは同じ条件下で 1-2 か月しか使用できません。 .Si3N4 グロープラグは、上海ケイ酸塩研究所、中国科学院、上海内燃機関研究所、電気機械工学部、Zhongwei Precision が共同開発したディーゼル エンジンのコールド スタートが困難な問題を解決し、直接始動に適しています。インジェクションまたは非直噴ディーゼルエンジン。 このグロープラグは、現在入手可能な最も先進的で理想的なディーゼルエンジン点火装置です。 日本原子力学会と三菱重工業は、ポンプケーシング内に11個のSi3N4セラミックターンテーブルで構成されたローターを備えた新しい原油ポンプの開発に成功しました。 ポンプは、熱膨張係数が小さく、精密なエアベアリングを備えたSi3N4セラミックローターを採用しているため、潤滑剤や冷却媒体なしで正常に動作できます。 このポンプをターボ分子ポンプなどの超真空ポンプと組み合わせれば、核融合炉や半導体プロセス装置に適した真空システムを構成することができます。

上記は構造材料としてのSi3N4セラミックスの応用例のほんの一部です。 Si3N4粉末の製造、成形、焼結、加工技術の向上により、その性能と信頼性は向上し続け、窒化ケイ素セラミックスがより広く使用されるようになると考えられています。 Si3N4 原料の純度の向上、Si3N4 粉末成形技術と焼結技術の急速な発展、および応用分野の継続的な拡大により、Si3N4 はエンジニアリング構造用セラミックとして業界でますます重要な位置を占めています。 Si3N4 セラミックスは、優れた総合特性と豊富な資源を持ち、幅広い応用分野と市場を持つ理想的な高温構造材料であり、世界のすべての国が研究開発を競い合っています。 セラミックス材料は、耐摩耗性、耐食性、耐高温性、耐酸化性、耐熱衝撃性、低比重など、一般的な金属材料とは比較にならない特性を持っています。 窒化ケイ素セラミック部品は、金属やポリマー材料では不可能な過酷な作業環境に耐えることができ、窒化ケイ素セラミック部品には幅広い用途の見通しがあります。 金属材料、高分子材料に続き、21世紀の柱産業を支える重要な基礎材料となり、最も活発な研究分野の一つとなっています。 今日、世界中の国々がその研究開発を非常に重視しています。 高温構造用セラミック ファミリーの重要なメンバーとして、最初の Si3N4 セラミックは、酸化物セラミックや炭化物セラミックなどの他の高温構造用セラミックよりも優れた機械的特性、熱的特性、および化学的安定性を備えています。 したがって、それらは高温構造セラミックスで最も有望な材料であると考えられています。