Siliziumnitrid-Keramik(Si3N4)

Siliciumnitridkeramik ist eine Hochleistungskeramik, die hauptsächlich aus Nitriden besteht, wobei es zwei Hauptkristallformen gibt: α-Siliciumnitrid und β-Siliciumnitrid. Je nach Sinterverfahren werden sie in heißgepresstes Siliziumnitrid und reaktionsgebundenes Siliziumnitrid eingeteilt.
Sinter-Verfahren
Heißgepresstes Siliziumnitrid
-
- Dieser Typ wird hergestellt, indem Siliziumnitridpulver in eine Form gepresst und bei 1700°C unter 20-30 MPa Druck gesintert wird.
- Es erzeugt dichte, porenfreie Keramik mit ausgezeichneter Biegefestigkeit und Zähigkeit.
Reaktionsgebundenes Siliziumnitrid
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- Ausgangspunkt ist Silizium (Si) oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) in Pulverform, das anschließend in einer stickstoffreichen Atmosphäre zu Siliziumnitrid (Si + N₂ → Si₃N₄) erhitzt wird.
- Die Endprodukte sind hochpräzise in den Abmessungen, enthalten jedoch 20%-30%-Porosität, wodurch sie im Vergleich zu heißgepresstem Siliciumnitrid weniger stark, hart und zäh sind.
Von allen Keramiken bietet Siliziumnitrid die beste Temperaturwechselbeständigkeit.
Hauptmerkmale von Siliziumnitrid Keramik
- Ausgezeichnete Selbstschmierung und Verschleißfestigkeit
- Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient
- Hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit
- Hohe Härte und ein niedriger Reibungskoeffizient (0,1-0,2)
- Gute chemische Stabilität und elektrische Isolierung
Siliziumnitrid-Keramik-Eigenschaftsdiagramm
Eigenschaft | Einheiten | Siliziumnitrid (Si₃N₄) |
Allgemein | ||
Farbe | - | Schwarz |
Gasdurchlässigkeit | atms-cc/sec | Gasdicht < 10-¹⁰ |
Wasserabsorption | % | 0 |
Dichte | g/cm³ | 3.20 |
Mechanische Eigenschaften | ||
Hardness Vickers (500 g) | GPa (kg/mm²) | 15 (1529) |
Härte (R45N) | - | 83 |
Bruchzähigkeit( Gekerbter Träger) | MPa-m¹/² | 6 |
Biegefestigkeit (MOR) | MPa (psi x 10³) | 900 (130) |
Zugfestigkeit @ RT | MPa (psi x 10³) | 537 (78) |
Druckfestigkeit @ RT | MPa (psi x 10³) | 2500 (362) |
Elastischer Modul | GPa (psi x 10⁶) | 300 (44) |
Querkontraktionszahl | - | 0.28 |
Thermische Eigenschaften | ||
C.T.E. (25 - 600°C) | x 10-⁶/°C | 2.9 |
Wärmeleitfähigkeit @ RT | W/m-K | 29 |
Maximale Betriebstemperatur | Fahrenheit (°F) | 2462 |
Maximale Betriebstemperatur | Celsius (°C) | 1350 |
Elektrische Eigenschaften | ||
Dielektrische Festigkeit | V/mil | 300 |
Dielektrizitätskonstante @ 1 MHz | - | 9.1 |
Volumenwiderstand, 25°C | Ohm-cm | > 10¹⁴ |
*Die Werte stellen typische Materialeigenschaften dar und können je nach Produktkonfiguration und Herstellungsprozess variieren,
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Siliziumnitrid-Keramik-Anwendungen
Heißgepresstes Siliziumnitrid (HPSN)
- Schneidewerkzeuge
- Einfach geformte Teile für Verschleiß- und Hochtemperaturanwendungen
- Komponenten des Lagers
Reaktionsgebundenes Siliziumnitrid (RBSN)
- Ideal für komplexe Formen, die hohe Präzision erfordern
- Dichtungsringe in der petrochemischen Industrie
- Gasturbinen-Rotorblätter
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