A szilícium-nitrid kerámia előnyei és hátrányai
A szilícium-nitrid kerámia egy fejlett kerámiaanyag, amely elsősorban szilícium-nitridből (Si3N4) áll. Ez az anyag egyedülálló fizikai és kémiai tulajdonságokkal büszkélkedhet, így rendkívül sokoldalú és széles körben használható
különféle iparágak.
A szilícium-nitrid (Si3N4) kerámia előnyei
1. Magas hőmérsékleti ellenállás
A szilícium-nitrid (Si3N4) kerámia kiválóan ellenáll a magas hőmérsékletnek. Normál nyomáson 1870°C körül bomlik le, és 1400°C-ig ellenáll az oxidációnak, a gyakorlati használati hőmérséklet eléri az 1200°C-ot (ezen túl a mechanikai szilárdsága csökkenhet). Ez ideálissá teszi magas hőmérsékletű környezetekhez, például repülőgépekhez, autómotorokhoz és más igényes alkalmazásokhoz.
2. Nagy keménység és szilárdság
A szilícium-nitrid kerámia keménysége a gyémánt, a köbös bór-nitrid és a szilícium-karbid után a második helyen áll, messze felülmúlva a többi kerámiaanyagot. Hajlítószilárdsága szobahőmérsékleten meghaladhatja a 720 MPa-t, ami az ötvözött acélokéhoz hasonlítható, szilárdsága pedig 1200°C-ig stabil marad. Emiatt a Si3N4 kerámiát széles körben használják ultrafinom kopásálló alkalmazásokban és szerszámgépek vágószerszámaiban.
3. Hőstabilitás
Alacsony hőtágulási együtthatójával és magas hővezető képességével a szilícium-nitrid kerámia kiváló hősokkállóságot biztosít. Szobahőmérséklettől 1000°C-ig repedés nélkül elviseli a hősokkot, így alkalmas dízelmotorok izzítógyertyáiban és elektromos fűtőelemekben való használatra.
4. Korrózióállóság
A Si3N4 kerámia kémiailag stabil és korrózióálló. Nem lép reakcióba a legtöbb szervetlen savval, kivéve a hidrogén-fluoridot. Ellenáll a 30%-os vagy kisebb koncentrációjú lúgos oldatoknak, és ellenáll számos szerves anyagnak. Az olvadt fémekkel, különösen az alumíniummal szembeni ellenállása miatt széles körben használják az alumíniumöntőiparban olyan alkatrészekhez, mint a Si3N4 felszállócsövek, gáztalanító csövek és rotorok.
5. Alacsony sűrűség
A szilícium-nitrid kerámia sűrűsége megközelítőleg 40%-a a csapágyacélnak, így előnyös a könnyű alkalmazásokhoz. Ez hozzájárul a kopás csökkenéséhez, és növeli a működési hatékonyságot.
6. Önkenő tulajdonságok
Alacsony olajtartalmú vagy száraz súrlódási körülmények között a szilícium-nitrid kerámia kivételes teljesítményt mutat a súrlódás és a kopás csökkentésében. Ez ideálissá teszi a kemény kenési körülmények közötti alkalmazásokhoz, különösen Si3N4-ből készült csapágygolyókban és csapágyakban, amelyek széles körben használatosak extrém környezetben.
A szilícium-nitrid (Si3N4) kerámia hátrányai
1. ridegség
Annak ellenére, hogy a szilícium-nitrid kerámia törésállósága jobb, mint sok más kerámia, még mindig törékeny. Ez a ridegség hajlamossá teszi a törésre vagy összetörésre, amikor ütésnek vagy vibrációnak van kitéve, ami korlátozza a használatát a nagy szívósságot igénylő alkalmazásokban.
2. Nehezen gépezhető
A szilícium-nitrid nagy keménysége és kopásállósága, valamint törékenysége miatt a megmunkálási folyamatok, például a vágás és a fúrás kihívást jelentenek, miután az anyagot kerámiává alakították. Ez jelentősen növeli a termelési költségeket.
3. Alacsony hőtágulási együttható
Míg a szilícium-nitrid alacsony hőtágulása hozzájárul a méretstabilitáshoz és a hősokkállósághoz, interfészfeszültséghez vezethet, ha nagyobb hőtágulási együtthatóval rendelkező anyagokkal, például fémekkel kombinálják. Ez befolyásolhatja az alkatrészek általános megbízhatóságát.
4. Rossz elektromos vezetőképesség
A szilícium-nitrid kerámia kiváló elektromos szigetelő, amely előnyös az elektromos szigetelési alkalmazásokban. Azokban a forgatókönyvekben azonban, ahol elektromos vezetőképességre van szükség, ez a tulajdonság korlátozóvá válik.
