Silicon nitride (Si₃N₄) ceramic là gì?

Silicon nitride (Si₃N₄) là một loại gốm kỹ thuật tiên tiến, nổi tiếng với các tính chất cơ học, nhiệt và điện xuất sắc. Vật liệu silicon nitride này đã trở thành giải pháp quan trọng cho các ngành công nghiệp yêu cầu độ bền cao, khả năng chống mài mòn, ổn định nhiệt và độ tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt. Gốm silicon nitride được cấu tạo từ các nguyên tử silicon và nitơ, tạo thành cấu trúc liên kết cộng hóa trị mạnh mẽ, với tính năng vượt trội so với kim loại truyền thống và các loại gốm khác, khiến nó trở thành vật liệu không thể thiếu trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, ô tô, bán dẫn và y tế.

Đi đến

Ưu điểm | Ứng dụng | Cấp độ vật liệu | Đặc tính | Trường hợp | gia công | FAQ | Liên quan

Gốm silicon nitride - Vật liệu gốm tiên tiến - Gốm Zhihao

Ưu điểm chính của vật liệu nitơ silic

Hệ số giãn nở nhiệt của silicon nitride thấp hơn so với các loại gốm kỹ thuật khác, do đó nó có khả năng chống sốc nhiệt xuất sắc. Độ cứng vượt trội của nó vượt qua khả năng chịu nhiệt độ cao của hầu hết các kim loại, đồng thời còn có khả năng chống oxy hóa xuất sắc. Điều này cho phép nó chịu được môi trường ứng dụng có nhiệt độ cao và tải trọng nặng nhất.

Độ cứng của nitrua silic vượt xa thép, có khả năng chống mài mòn cực cao, là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng có ma sát lớn. Điều này cũng trả lời cho câu hỏi “Nitrua silic có cứng hơn thép không?” - Có, nó cứng hơn nhiều.

Gốm silicon nitride có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ cực đoan mà không bị nứt hoặc phân hủy, phù hợp với môi trường nhiệt độ cao.

Khác với nhiều kim loại khác, nó vẫn giữ được độ bền cơ học và độ dẻo dai ở nhiệt độ cao.

Vật liệu nitrua silic này có khả năng chống lại nhiều loại hóa chất ăn mòn, bao gồm axit và kim loại nóng chảy.

Silicon nitride có hệ số dẫn nhiệt thấp, khiến nó trở thành vật liệu cách nhiệt nhiệt tuyệt vời trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Đặc tính nhẹ của nó mang lại lợi thế đáng kể trong các ứng dụng mà việc giảm trọng lượng là yếu tố quan trọng.

Ứng dụng công nghiệp của nitrua silic

Gốm silicon nitride (Si₃N₄) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhờ vào độ bền cao, khả năng chống mài mòn xuất sắc, khả năng chịu sốc nhiệt tuyệt vời và tính cách điện đáng tin cậy. Dưới đây là tổng quan về các lĩnh vực ứng dụng chính của nó:

  • Phụ tùng động cơ: Được sử dụng cho rotor của bộ tăng áp, đế van và vòng piston để tăng độ bền mài mòn và kéo dài tuổi thọ.
  • Vòng bi và bi: Bi silicon nitride được sử dụng cho vòng bi tốc độ cao, tải trọng cao, giúp giảm trọng lượng và tăng độ tin cậy.

  • Cấu trúc chịu nhiệt độ cao：Dùng cho cánh tuabin khí, vòng đệm và các bộ phận của đoạn nhiệt, duy trì tính ổn định trong điều kiện nhiệt độ và cơ học cực đoan.

  • Các bộ phận nhẹ: Độ dày thấp của nó khiến nó trở thành vật liệu thay thế lý tưởng cho kim loại, giúp giảm trọng lượng tổng thể.

  • Lớp cách điện và màng mỏng:silicon nitrideCó chỉ số khúc xạ ổn định, có thể được sử dụng làm vật liệu cách điện, bảo vệ và phủ quang học.

  • Substrate and carrier：Substrate silicon nitrideCung cấp độ tin cậy cao cho các thiết bị điện tử và vi điện tử.

。

  • Dao cắt và phớt cơ khí: Độ cứng cao và khả năng chống mài mòn của chúng khiến chúng phù hợp cho gia công tốc độ cao, phớt và các bộ phận bơm.
  • Xử lý nhiệt và luyện kim: Nhờ khả năng chống sốc nhiệt xuất sắc, vật liệu này có thể được sử dụng trong các thiết bị nhiệt độ cao, nồi nấu và các bộ phận hỗ trợ.

  • Đầu đốt:Bộ đánh lửa silicon nitride được sử dụng trong lò gas, tuabin gas và thiết bị phát điện để đảm bảo đánh lửa đáng tin cậy.
  • Ứng dụng năng lượng mới:Thể hiện tiềm năng của năng lượng hydro, pin nhiên liệu và công nghệ năng lượng hạt nhân.

Các cấp độ hiện có của nitrua silic

Chuẩn Gốm cung cấp nhiều loại gốm silicon nitride Trung Quốc với các cấp độ khác nhau để đáp ứng các nhu cầu kỹ thuật đa dạng:

Gốm silicon nitride nung bằng áp suất khí (GPSN)

Gốm nitrua silic nung khí áp (GPSN) của Great Ceramic là vật liệu nitrua silic hiệu suất cao được sản xuất trong môi trường nitơ nhiệt độ cao và áp suất cao. So với nitrua silic nung nhiệt (HPSN), quy trình nung khí áp cho phép đạt được quá trình nung gần như hoàn hảo, sản xuất các bộ phận có hình dạng phức tạp và kích thước lớn, đồng thời duy trì các tính chất cơ học và nhiệt học xuất sắc, giúp nó có ứng dụng rộng rãi hơn trong các ứng dụng công nghiệp. GPSN nổi tiếng với tính năng cân bằng, giá cả hợp lý và phạm vi ứng dụng rộng rãi, là một trong những loại gốm silicon nitride được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.

Tính chất vật liệu

  • Độ bền cao, độ dẻo dai tốt: Độ bền uốn thông thường đạt 600-900 MPa, độ dẻo dai khi gãy khoảng 6-8 MPa·m², có khả năng chống va đập và chống mỏi cơ học tốt.
  • Khả năng chịu nhiệt và ổn định nhiệt xuất sắc: Có thể sử dụng ổn định ở nhiệt độ lên đến 1000-1200°C trong không khí và lên đến 1400-1600°C trong khí trơ. Hệ số giãn nở nhiệt thấp (~3×10⁻⁶/K) và khả năng chống sốc nhiệt cao cho phép vật liệu chịu được các chu kỳ nhiệt nhanh.
  • Chống mài mòn và ăn mòn: Nó thể hiện khả năng chống ăn mòn xuất sắc đối với hầu hết các kim loại nóng chảy và môi trường hóa học. Độ cứng cao (khoảng 15-20 GPa) của nó khiến nó phù hợp để sản xuất các bộ phận chống mài mòn.
  • Điện cách điện: Điện trở suất thể tích ở nhiệt độ phòng có thể đạt 10¹³–10¹⁴Ω·cm, ngay cả ở nhiệt độ cao vẫn duy trì được tính năng cách điện ổn định.
  • Hiệu quả chi phí: So với quá trình ép nóng silicon nitride, quá trình nung khí áp có chi phí thấp hơn, hiệu suất sản xuất cao hơn, có thể thực hiện sản xuất hàng loạt và chế tạo các bộ phận có hình dạng phức tạp, đồng thời tránh được các hạn chế về hình dạng và kích thước của quá trình ép nóng.

Ứng dụng điển hình

  • Kỹ thuật cơ khí: Vòng bi tốc độ cao, bánh răng, rotor tuabin, phớt cơ khí và các bộ phận ma sát chịu tải cao khác;
  • Ô tô: Rotor của bộ tăng áp động cơ diesel, van xả và cách điện bugi;
  • Năng lượng và điện lực: Các bộ phận đầu nóng của tuabin khí và giá đỡ cách nhiệt chịu nhiệt;
  • Kỹ thuật luyện kim và hóa chất: Các bộ phận tiếp xúc với kim loại nóng chảy (như vòi phun nhôm) và lớp lót chống ăn mòn;
  • Điện tử: Tấm nền cách điện, bộ tản nhiệt và giá đỡ linh kiện tần số cao.

Great Ceramic sở hữu khả năng gia công gốm silicon nitride toàn diện, cung cấp các loại thanh và tấm gốm silicon nitride tiêu chuẩn. Great Ceramic cũng cung cấp dịch vụ gia công tùy chỉnh trọn gói để đáp ứng nhu cầu của khách hàng, từ gia công các chi tiết phức tạp đến mài và đánh bóng chính xác, đảm bảo sản phẩm của chúng tôi đáp ứng các yêu cầu khắt khe về độ bền, độ mài mòn và độ tin cậy trong các ứng dụng công nghiệp. Các sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng như ổ trục, piston, phớt, bộ phận động cơ và các bộ phận kết cấu hiệu suất cao khác.

Gốm silicon nitride ép nóng (HPSN)

Gốm silicon nitride ép nhiệt (HPSN) do Great Ceramic cung cấp là loại gốm cấu trúc mật độ cao được sản xuất bằng cách áp dụng đồng thời nhiệt độ cao và áp lực trục đơn. Chúng có cấu trúc vi mô dày đặc, ít khuyết tật và đạt gần giới hạn lý thuyết về tính năng, do đó sở hữu tính năng cơ học và nhiệt cao nhất trong tất cả các loại gốm silicon nitride. Do quy trình sản xuất phức tạp và chi phí cao, gốm silicon nitride ép nhiệt chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng cao cấp và chuyên nghiệp.

Tính chất vật liệu

  • Siêu cao cơ học tính năng
  • Độ bền uốn đạt 800～1000MPa, cao hơn đáng kể so với silicon nitride nung truyền thống.
  • Độ bền gãy là 7–9 MPa·m¹ᐟ², có khả năng chống va đập tuyệt vời.
  • Độ cứng cao (~20 GPa) và khả năng chống mài mòn xuất sắc.
  • Tính năng nhiệt xuất sắc
  • Độ dẫn nhiệt đạt 60–90 W/m·K, cao hơn đáng kể so với silicon nitride nung ở áp suất khí quyển (20–30 W/m·K).
  • Hệ số giãn nở nhiệt thấp (~3×10⁻⁶/K) và độ ổn định nhiệt độ cao.
  • Trong môi trường khí trơ, có thể sử dụng liên tục trong thời gian dài ở nhiệt độ trên 1400°C.
  • Cấu trúc vi mô dày đặc
  • Quy trình ép nhiệt đảm bảo pha thủy tinh ở ranh giới hạt là tối thiểu, độ xốp gần như bằng không, và tính chất vật liệu tổng thể đồng đều và ổn định.
  • Nhược điểm và hạn chế
  • Quá trình định hình bị giới hạn bởi khuôn và hướng ép, nên khó sản xuất các bộ phận có kích thước lớn hoặc hình dạng phức tạp.
  • Chi phí sản xuất cao, không phù hợp để áp dụng trên quy mô lớn.

Lĩnh vực ứng dụng

  • Hàng không vũ trụ: cánh tuabin, vòi phun và bộ phận dẫn hướng;
  • Quân sự: Các bộ phận bảo vệ chống nhiệt độ cao và vật liệu composite giáp;
  • Năng lượng hạt nhân và năng lượng: Bộ trao đổi nhiệt nhiệt độ cao và các bộ phận của tuabin khí;
  • Công nghiệp chính xác: Vòng bi chính xác cao, dụng cụ cắt, dụng cụ đo lường;
  • Điện tử: Chọn tấm nền cách nhiệt và tản nhiệt công suất cao.

Gốm silicon nitride ép nhiệt, với các tính năng cơ học và nhiệt xuất sắc, đại diện cho “giới hạn hiệu suất” của hệ thống silicon nitride, khiến nó phù hợp cho các bộ phận lõi quan trọng trong điều kiện cực kỳ khắc nghiệt. Tuy nhiên, do kích thước gia công hạn chế và chi phí cao, chúng chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cực cao.

Các tính chất quan trọng của vật liệu nitrua silic

Chu Hao Ceramics cung cấp nhiều loại vật liệu nitrua silic cho khách hàng lựa chọn. Các giá trị dưới đây là đặc tính điển hình của vật liệu, có thể thay đổi tùy thuộc vào cấu hình sản phẩm và quy trình sản xuất. Để biết thêm chi tiết, vui lòng liên hệ với chúng tôi bất cứ lúc nào.

Tính chất cơ học

Đặc tính đơn vị GPSN HPSN HTCSNS
Màu sắc —— Màu xám hoặc màu đen Màu xám hoặc màu đen Màu xám hoặc màu đen
Mật độ kg/cm³ 3.2 3.3 3.25
Độ cứng Gigapascal 15 16 15
Độ bền nén megapascal 2500 3000 2500
Độ bền uốn megapascal 700 900 600~800
Độ bền gãy Megapascal・mét1/2 5~7 6~8 6~7
độ đàn hồi Gigapascal 300 300 300~320
Hệ số Poisson —— 0.25 0.28 0.25

Tính chất nhiệt

Đặc tính đơn vị GPSN HPSN HTCSNS
Nhiệt độ sử dụng tối đa ℃ (không tải) 1100 1300 1100
Độ dẫn nhiệt ở 25°C W/(m·K) 15~20 20~25 80~100
Độ giãn nở nhiệt ở nhiệt độ 40–400°C 1× 10-6 /℃ 3 3.1 3
Nhiệt dung riêng Joule/(kg・Kelvin) 660 650 680
Khả năng chống sốc nhiệt ℃ (đặt vào nước) 550 800 ——

Đặc tính điện

Đặc tính đơn vị GPSN HPSN HTCSNS
hằng số điện môi 1 megahertz 6~8 8 7.8
Độ bền điện môi (6,35 mm) Giao lưu - kV/mm 15 17 ——
Điện trở suất thể tích @25°C Ω・cm ＞10 14 ＞10 14 ＞10 14
Điện trở suất thể tích @500°C Ω・cm ＞10 10 ＞10 10 ＞10 10

*Ở nhiệt độ không quá cao, Si3N4 có độ bền và khả năng chống va đập cao, nhưng ở nhiệt độ trên 1200℃, nó sẽ bị hư hỏng theo thời gian sử dụng, làm giảm độ bền. Ở nhiệt độ trên 1450℃, nó dễ bị hư hỏng do mỏi hơn, do đó nhiệt độ sử dụng của Si3N4 thường không vượt quá 1300℃.

Hộp đựng linh kiện silicon nitride

Gốm silicon nitride (Si₃N₄) được đánh giá cao nhờ độ bền cơ học vượt trội, độ bền gãy cao, mật độ thấp, khả năng chống sốc nhiệt xuất sắc và độ bền mài mòn tuyệt vời, khiến nó trở thành một trong những vật liệu đáng tin cậy nhất cho các ứng dụng kỹ thuật đòi hỏi khắt khe. Dưới đây là những ứng dụng phổ biến và có ảnh hưởng nhất của các bộ phận gốm silicon nitride trong nhiều ngành công nghiệp:

  • Vòng bi chính xác
  • Vòng bi và vòng đệm ổ trục
  • Cánh tuabin và các bộ phận động cơ
  • Dao cắt và lưỡi dao chống mài mòn
  • Vòi phun dùng cho kim loại nóng chảy và xử lý hóa học
  • Bộ phận piston bơm và van
  • Rotor và trục của máy móc tốc độ cao
  • Kẹp gia công bán dẫn và đế
  • Bộ trao đổi nhiệt và các thành phần quản lý nhiệt
  • Bộ đánh lửa và bộ phận gia nhiệt
  • Phụ tùng cơ khí và ống lót tùy chỉnh

Gia công gốm silicon nitride

Gốm silicon nitride (Si₃N₄) là một trong những loại gốm công nghiệp cứng nhất, đòi hỏi công nghệ gia công tiên tiến để đạt được hình dạng hình học chính xác. Zhihao Ceramics sở hữu khả năng gia công silicon nitride hàng đầu trong ngành, cung cấp kết quả gia công chính xác, bền bỉ và nhất quán cho các ứng dụng quan trọng.

Chúng tôi sử dụng công nghệ mài kim cương, gia công CNC đa trục, mài chính xác và đánh bóng siêu mịn để đạt được độ chính xác micromet và độ nhẵn bề mặt xuất sắc. Khả năng của chúng tôi hỗ trợ các thành phần hiệu suất cao, bao gồm thanh gốm nitride silic, bi bạc chính xác, tấm nền và các bộ phận tuabin.

Ngoài ra, chúng tôi còn cung cấp các dịch vụ mạ kim loại, hàn, lắp ráp và xử lý bề mặt, giúp vật liệu silicon nitride có thể tích hợp một cách liền mạch vào các hệ thống tiên tiến. Với tư cách là nhà sản xuất gốm silicon nitride hàng đầu tại Trung Quốc, chúng tôi kết hợp công nghệ tiên tiến và kiến thức chuyên môn sâu rộng để cung cấp các giải pháp gốm tùy chỉnh chất lượng cao cho thị trường toàn cầu.

Mài và phay CNC

Phay, tiện và mài CNC, dung sai đạt mức micromet.

Mài và đánh bóng

Đánh bóng bề mặt có thể tạo ra bề mặt mịn và bề mặt cấp quang học.

Laser processing of ceramic substrates

Cắt laser gốm sứ

Laser drilling and cutting for complex geometries.

Bộ phận hàn kim loại và gốm sứ - 600x600

Kim loại hóa và hàn

Metallization (Mo/Mn, W) for ceramic-metal brazing.

FAQ

Đúng vậy, nitrua silic là một loại gốm công nghệ cao được cấu tạo từ các nguyên tử silic và nitơ (Si₃N₄), có cấu trúc liên kết cộng hóa trị mạnh mẽ, mang lại cho nó các tính chất cơ học và nhiệt xuất sắc.

Không, nitrua silic là vật liệu gốm, không phải kim loại. Nó không chứa liên kết kim loại, nhưng có thể chứa một lượng nhỏ các nguyên tố kim loại làm chất trợ nung kết.

Silicon nitride là một chất cách điện điện tuyệt vời, ngay cả ở nhiệt độ cao, điện trở suất thể tích vẫn lớn hơn 10¹⁴ Ω·cm.

Các bi silicon nitride chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng tốc độ cao như ổ trục chính của máy công cụ, máy khoan nha khoa, hệ thống hàng không vũ trụ và các ứng dụng ô tô cao cấp. So với bi thép, bi silicon nitride có độ bền mài mòn vượt trội, mật độ thấp và tính cách điện.

Silicon nitride (Si₃N₄) là một loại vật liệu gốm kỹ thuật tiên tiến, nổi tiếng với độ bền, độ dẻo dai, khả năng chịu sốc nhiệt và khả năng chống mài mòn vượt trội trong các ứng dụng khắc nghiệt.

Silicon nitride có phạm vi ứng dụng rất rộng, bao gồm vòng bi, dụng cụ cắt, bộ phận gia công bán dẫn, bộ phận động cơ ô tô, thiết bị cấy ghép y tế và bảng mạch điện tử.

Các quả cầu nitrua silic thường được sản xuất thông qua các quy trình như chuẩn bị bột, định hình, nung ở nhiệt độ cao (thường sử dụng chất trợ nung) và mài mòn chính xác, đánh bóng để đạt được độ tròn và độ nhẵn bề mặt.

Mặc dù bài viết này tập trung vào các thành phần cấu trúc, nhưng bộ đánh lửa silicon nitride tận dụng tính năng chống sốc nhiệt và cách điện điện xuất sắc của vật liệu này để chịu được các chu kỳ gia nhiệt và làm mát lặp đi lặp lại.

Không, silicon nitride chủ yếu được sử dụng làm chất cách điện trong các ứng dụng điện tử, mặc dù đặc tính vật liệu của nó cho phép nó được sử dụng làm lớp điện môi trong các thiết bị bán dẫn.

Silicon nitride chủ yếu được đặc trưng bởi liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử silicon và nitơ, điều này góp phần vào độ bền cao, độ cứng và tính ổn định nhiệt của nó.

Độ cứng Vickers của gốm silicon nitride thường nằm trong khoảng 14-18 GPa (khoảng 1500-1800 HV), tùy thuộc vào quy trình sản xuất và thành phần phụ gia.

Đúng vậy, silicon nitride cứng hơn thép rất nhiều. Độ cứng Vickers của silicon nitride là 14-18 GPa, trong khi độ cứng của thép thường chỉ khoảng 2-3 GPa, điều này có nghĩa là silicon nitride cứng hơn thép rất nhiều.

Mặc dù silicon nitride có nhiều ưu điểm, nhưng nó cũng có một số hạn chế: nó khá giòn, cần tránh va đập mạnh hoặc tập trung ứng suất; chi phí gia công cao, cần sử dụng công cụ kim cương để gia công chính xác; việc kết nối với các bộ phận kim loại cần kỹ thuật hàn đặc biệt hoặc liên kết cơ khí.

Sản phẩm liên quan

nitrua nhôm

nitrua nhôm

Gốm nitrua boron tiên tiến

boron nitride

Gốm sứ chất lượng cao - Gốm sứ tiên tiến - Gốm sứ oxit nhôm

Gốm sứ nhôm oxit

Chuyên gia sản xuất gốm sứ tiên tiến

Tại sao chọn silicon nitride của Zhihao Ceramics?

  • Hiệu suất cao: Gốm Si₃N₄ kỹ thuật có độ bền, độ cứng và khả năng chống sốc nhiệt vượt trội.
  • Giải pháp tùy chỉnh: Từ các quả cầu nitrua silic tiêu chuẩn đến các thành phần phức tạp, thiết kế chính xác.
  • Công nghệ gia công tiên tiến: Máy mài CNC đa trục và dụng cụ kim cương, đạt độ chính xác ở mức micromet.
  • Kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt: Các bài kiểm tra toàn diện đảm bảo mỗi lô hàng đều tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế.
  • Hỗ trợ dịch vụ toàn diện: Từ thiết kế và lựa chọn vật liệu đến quá trình mạ kim loại, hàn và lắp ráp.

Hôm nay Liên hệ với chúng tôi