Siliciumnitride-keramiek, met zijn lichte soortelijk gewicht, hoge sterkte, slijtvastheid, uitstekende elektrische isolatie en zelfsmerende eigenschappen, onderscheidt zich op het gebied van keramische lagers, vooral onder extreme werkomstandigheden zoals hoge snelheid, hoge temperatuur, laag koppel en smering met magere olie, siliciumnitridekogel als rollend lichaam, keramische lagers vertonen uitstekende toepassingsmogelijkheden. De sterke covalente bindingseigenschappen van siliciumnitride maken het echter moeilijk om te verdichten door middel van sinteren in de vaste fase, wat uitdagingen met zich meebrengt voor de bereiding van siliciumnitride-keramiek. In dit artikel wordt het vloeistoffase-sinterproces van siliciumnitride-keramiek, inclusief atmosferisch sinteren, heetpersen en druksinteren, en de invloed van deze processen op de microstructuur en mechanische eigenschappen van siliciumnitride-keramiek besproken.
Siliciumnitride-keramiek is de eerste keuze voor keramische lagerrollen met zijn uitstekende eigenschappen zoals licht gewicht, hoge sterkte, slijtvastheid, elektrische isolatie en zelfsmering. Keramische lagers met keramische kogels van siliciumnitride als rollichamen zijn bijzonder geschikt voor gebruik onder werkomstandigheden zoals smering met hoge snelheid, hoge temperatuur, laag koppel en magere olie, zoals gemotoriseerde spindellagers met hoge snelheid voor precisiewerktuigmachines, windkrachtlagers en lagers voor de luchtvaart.
Siliciumnitride is een sterke covalente bindingsverbinding met een lage zelfdiffusiecoëfficiënt en onvoldoende drijvende kracht bij het sinteren, dus het is moeilijk om verdichting te bereiken door eenvoudig sinteren in de vaste fase. Daarom moet een bepaalde hoeveelheid sinteradditieven worden toegevoegd om het verdichtingsproces door middel van sinteren in de vloeibare fase te voltooien. Het principe van sinteren in de vloeibare fase van siliciumnitride-keramiek is dat sinteradditieven reageren met SiO2 op het oppervlak van siliciumnitridepoeder om een vloeibare fase te vormen, en onder invloed van de vloeibare fase verdichting bereikt door het proces van deeltjesherschikking, oplossing -precipitatie en korrelgroei.
De algemeen gebruikte sintermethoden in de vloeibare fase van siliciumnitride-keramiek omvatten sinteren onder atmosferische druk, sinteren onder hete pers en sinteren onder luchtdruk.
Siliciumnitride begint te ontleden na 1700 ° C. Om de ontleding van siliciumnitride te remmen, wordt sinteren bij atmosferische druk meestal uitgevoerd door begraven poeder, maar het effect van begraven poeder is beperkt, zodat de temperatuur van sinteren bij atmosferische druk niet kan hoger zijn dan 1750 ºC, en er moet een groot aantal sinteradditieven worden toegevoegd om de verdichting te bevorderen, wat de prestaties van het product ernstig beïnvloedt.
Sinteren met hete pers is bedoeld om verdichting te bereiken onder de dubbele werking van de vloeibare fase en mechanische druk, de sintertemperatuur is laag en de productprestaties zijn uitstekend, maar vanwege de beperking van de grafietvorm kan deze alleen worden gebruikt produceer producten met eenvoudige vormen en de productiecapaciteit is laag.
Druksinteren (GPS) is afhankelijk van hogedrukstikstof (1 ~ 10 MPa) om de ontleding van siliciumnitride te remmen, kan de sintertemperatuur van siliciumnitride-keramiek verhogen tot meer dan 1900 â, en de tegenstelling tussen verdichting en ontleding bij hoge temperaturen oplossen van siliciumnitride keramiek sinterproces, kan de hoeveelheid sinteradditieven verminderen, de prestaties van producten verbeteren, geschikt voor massaproductie.
Momenteel zijn er veel literatuurrapporten over het effect van het pneumatische sinterproces op de microstructuur en mechanische eigenschappen van siliciumnitride-keramiek.
Zhou Changling et al. gebruikte β-Si3N4-poeder als grondstof en yttriumaluminiumgranaat (YAG) als sintermiddel om siliciumnitride-keramiek te produceren door middel van druksinterproces, en ontdekte dat de verdichtingsgraad en mechanische eigenschappen van siliciumnitride-keramiek eerst toenamen en vervolgens afnamen met de toename van sintertemperatuur.
Mitomo et al., die α-Si3N4-poeder en β-Si3N4-poeder als grondstoffen en MgO-Y2O3 als sintermiddel gebruikten, bestudeerden de verschillen in de microstructuur van siliciumnitride-keramiek gesinterd door druk van verschillende grondstoffen, en ontdekten dat onder dezelfde Onder omstandigheden vertoonde de microstructuur van siliciumnitride-keramiek bereid met α-Si3N4-poeder als grondstof een bimodale toestand en grove β-Si3N4-korrels. De microstructuur van siliciumnitride-keramiek bereid met β-Si3N4-poeder was uniform en vertoonde een unimodale toestand.
Samenvattend heeft het bereidingsproces van siliciumnitride-keramiek, vooral de sintertechnologie in de vloeibare fase, een cruciaal effect op de microstructuur en mechanische eigenschappen ervan. Door de voor- en nadelen van verschillende methoden te vergelijken, zoals atmosferisch sinteren, heetpersen en pneumatisch sinteren, kunnen we ontdekken dat pneumatisch sinteren uitstekende prestaties levert bij het verhogen van de sintertemperatuur, het remmen van de ontleding van siliciumnitride, het verminderen van de hoeveelheid sinteradditieven en het verbeteren de prestaties van producten, en is geschikt voor massaproductie van hoogwaardige siliciumnitride-keramiek. Tegelijkertijd heeft de selectie van verschillende grondstoffen en sinteradditieven ook een aanzienlijk effect op de microstructuur en mechanische eigenschappen van siliciumnitride-keramiek. In de toekomst, met de verdieping van het onderzoek en de voortdurende vooruitgang van de technologie, zal het bereidingsproces van siliciumnitride-keramiek perfecter zijn en zal de toepassing ervan in precisiewerktuigmachines, windenergie, lucht- en ruimtevaart en andere gebieden uitgebreider zijn.
