什么是氮化硅(Si₃N₄)陶瓷?

氮化硅 (Si₃N₄) 是一种先进的工程陶瓷,以其卓越的机械、热和电性能而闻名。这种氮化硅材料已成为要求在极端条件下保持高强度、耐磨性、热稳定性和可靠性的行业的关键解决方案。氮化硅陶瓷由硅原子和氮原子组成,形成强大的共价键结构,其性能远超传统金属和其他陶瓷,使其成为航空航天、汽车、半导体和医疗应用中不可或缺的材料。

氮化硅材料的关键优势

氮化硅的热膨胀系数低于其他技术陶瓷,因此具有优异的抗热震性。其卓越的硬度超越了大多数金属的耐高温性能,同时还具有优异的抗氧化性能。这使得它能够承受最严苛的高温、高负荷应用环境。

氮化硅的硬度远超钢,具有极强的耐磨性,是摩擦力大的应用的理想选择。这也回答了“氮化硅比钢硬吗?”这个问题——是的,它硬得多。

氮化硅陶瓷可以承受极端的温度变化而不会开裂或降解,适合高温环境。

与许多金属不同,它在高温下仍能保持其机械强度和韧性。

这种氮化硅材料对多种腐蚀性化学物质(包括酸和熔融金属)具有很强的抵抗力。

氮化硅热导率低,使其成为各种应用中的优良热绝缘体。

其重量轻的特性在减轻重量至关重要的应用中具有显著优势。

氮化硅的工业应用

氮化硅 (Si₃N₄) 陶瓷因其高强度、优异的耐磨性、出色的抗热震性和可靠的电绝缘性,广泛应用于各行各业。以下是其主要应用领域的概述:

  • 发动机部件:应用于涡轮增压器转子、气门座和活塞环,以提高耐磨性并延长使用寿命。
  • 轴承和滚珠:氮化硅滚珠用于高速、高负荷轴承,可减轻重量并提高可靠性。
  • 高温结构件:用于燃气轮机叶片、密封环和热段部件,在极端热和机械条件下保持稳定性。
  • 轻质部件:其低密度使其成为金属的理想替代品,有助于减轻整体重量。

  • 绝缘层和薄膜:氮化硅具有稳定的折射率,可用作绝缘、保护和光学涂层材料。

  • 基板和载体氮化硅基板为电力电子和微电子设备提供了高可靠性。

  • 切削刀具和机械密封:其高硬度和耐磨性使其适用于高速切削、密封圈和泵部件。
  • 热处理和冶金:由于其优异的抗热冲击性,可用于高温装置、坩埚和支撑部件。
  • 点火器:氮化硅点火器用于燃气炉、燃气轮机和发电设备中,实现可靠点火。
  • 新能源应用:展现氢能、燃料电池、核能技术的潜力。

氮化硅的现有等级

致好陶瓷提供多种等级的中国氮化硅陶瓷,以满足不同的工程需求:

氮化硅材料的关键性能

致好陶瓷提供多种氮化硅材料供客户选择。以下数值为典型材料特性,可能因产品配置和制造工艺而异。如需了解更多详情,请随时联系我们。

机械性能

特性 单元 GPSN HPSN HTCSNS
颜色 —— 灰色或黑色 灰色或黑色 灰色或黑色
密度 克/立方厘米 3.2 3.3 3.25
硬度 千兆帕 15 16 15
抗压强度 兆帕 2500 3000 2500
抗弯强度 兆帕 700 900 600~800
断裂韧性 兆帕・米1/2 5~7 6~8 6~7
弹性模量 千兆帕 300 300 300~320
泊松比 —— 0.25 0.28 0.25

热性能

特性 单元 GPSN HPSN HTCSNS
最高使用温度 ℃(空载) 1100 1300 1100
25°C 时的热导率 瓦/(米・开尔文) 15~20 20~25 80~100
40–400°C 时的热膨胀 1× 10-6 /℃ 3 3.1 3
比热 焦耳/(千克・开尔文) 660 650 680
抗热震性 ℃(放入水中) 550 800 ——

电气性能

特性 单元 GPSN HPSN HTCSNS
介电常数 1兆赫 6~8 8 7.8
介电强度(6.35mm) 交流-千伏/毫米 15 17 ——
体积电阻率@25°C Ω・厘米 >10 14 >10 14 >10 14
体积电阻率@500°C Ω・厘米 >10 10 >10 10 >10 10

*在不太高的温度下,Si3N4具有较高的强度和抗冲击性能,但在1200℃以上随着使用时间的增加就会损坏,降低其强度,在1450℃以上更容易发生疲劳损坏,因此Si3N4的使用温度一般不超过1300℃。

氮化硅零件盒

氮化硅陶瓷 (Si₃N₄) 因其卓越的机械强度、优异的断裂韧性、低密度、优异的抗热震性和出色的耐磨性而备受推崇,使其成为高要求工程应用中最可靠的材料之一。以下是氮化硅陶瓷零件在多个行业中最常见且最具影响力的用例:

  • 精密轴承滚珠
  • 滚动体和轴承座圈
  • 涡轮叶片和发动机部件
  • 切削刀具和耐磨刀片
  • 用于熔融金属和化学处理的喷嘴
  • 泵柱塞和阀门组件
  • 高速机械的转子和轴
  • 半导体加工夹具和基板
  • 热交换器和热管理组件
  • 点火器和加热元件
  • 定制机械密封件和衬套

氮化硅陶瓷加工

氮化硅 (Si₃N₄) 陶瓷是最坚硬的工业陶瓷之一,需要先进的加工技术才能实现精确的几何形状。致好陶瓷拥有业界领先的氮化硅加工能力,可为关键任务应用提供精确、耐用且一致的加工效果。

我们采用金刚石磨削、多轴数控加工、精密研磨和超精细抛光技术,实现微米级公差和卓越的表面光洁度。我们的能力支持高性能组件,包括氮化硅陶瓷棒、精密轴承滚珠、基板和涡轮部件。

此外,我们还提供金属化、钎焊、装配和表面处理服务,使氮化硅材料能够无缝集成到先进的系统中。作为中国领先的氮化硅陶瓷制造商,我们结合尖端技术和深厚的专业知识,为全球市场提供高质量的定制陶瓷解决方案。

数控磨削和铣削

CNC 铣削、车削和磨削,公差达到微米级。

研磨和抛光

表面抛光可获得光滑的表面和光学级表面。

陶瓷基板的激光加工

陶瓷激光切割

用于复杂几何形状的激光钻孔和切割。

金属和陶瓷钎焊组件-600x600

金属化和焊接

用于陶瓷-金属钎焊的金属化(Mo/Mn、W)。

常见问题

是的, 氮化硅是一种由硅和氮原子(Si₃N₄)组成的先进技术陶瓷,具有强共价键结构,使其具有出色的机械和热性能。

不是,氮化硅是 陶瓷材料,不是金属。它不含金属键,但可能含有微量金属元素作为烧结助剂。

氮化硅是一种优良的 电绝缘体,即使在高温下,体积电阻率也大于10¹⁴ Ω·cm。

氮化硅球主要用于高速应用的精密轴承,例如机床主轴、牙科手机、航空航天系统和高性能汽车应用。与钢球相比,氮化硅球具有卓越的耐磨性、低密度和电绝缘性。

氮化硅(Si₃N₄) 是一种先进的工程陶瓷材料,因其在苛刻的应用中具有出色的强度、断裂韧性、抗热冲击性和耐磨性而闻名。

氮化硅的应用范围十分广泛,包括轴承、切削工具、半导体加工部件、汽车发动机零件、医疗植入物和电子基板。

氮化硅球通常经过粉末制备、成型、高温烧结(通常使用烧结助剂)以及精密研磨和抛光等工艺制造,以达到球形度和表面光洁度。

虽然本文重点介绍结构部件,但氮化硅点火器利用该材料出色的抗热冲击性和电绝缘性能来承受反复的加热和冷却循环。

不是,氮化硅主要用作 电子应用中的绝缘体,尽管其材料特性使其可作为半导体器件中的介电层。

氮化硅主要以 硅和氮原子之间的共价键结合为特征,这有助于其高强度、硬度和热稳定性。

氮化硅陶瓷的维氏硬度通常在 14-18 GPa(约 1500-1800 HV)范围内,具体取决于制造工艺和添加剂成分。

是的,氮化硅比钢硬得多。氮化硅的维氏硬度为14-18 GPa,而钢的硬度通常只有2-3 GPa,这意味着氮化硅比钢硬得多。

尽管氮化硅具有诸多优点,但它也存在一些局限性:它有点脆,需要避免锐利的冲击或应力集中;加工成本高,需要使用金刚石工具进行精密加工;与金属部件的连接需要特殊的焊接技术或机械联锁。

氮化铝

氮化铝

先进氮化硼陶瓷

氮化硼

致好陶瓷-先进陶瓷-氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷

先进陶瓷制造专家

为什么选择致好陶瓷的氮化硅?

  • 高性能:工程 Si₃N₄ 陶瓷具有无与伦比的韧性、强度和抗热冲击性。
  • 定制解决方案:从标准氮化硅球到复杂、精密设计的组件。
  • 先进的加工技术:多轴 CNC 研磨和金刚石工具,可达到微米级精度。
  • 严格的质量保证:全面的测试确保每一批都符合国际标准。
  • 全方位服务支持:从材料设计和选择到金属化、钎焊和组装。

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