Silisyum nitrür seramikler, hafif özgül ağırlığı, yüksek mukavemeti, aşınma direnci, mükemmel elektrik yalıtımı ve kendi kendini yağlama özellikleriyle seramik rulmanlar alanında özellikle yüksek hız, yüksek sıcaklık, düşük tork ve düşük tork gibi aşırı çalışma koşullarında öne çıkmaktadır. yağsız yağlama, silikon nitrür bilye döner gövdeli seramik yataklar olarak mükemmel uygulama potansiyeli gösterir. Bununla birlikte, silikon nitrürün güçlü kovalent bağ özellikleri, katı faz sinterleme yoluyla yoğunlaşmayı zorlaştırır ve bu da silikon nitrür seramiklerinin hazırlanmasında zorluklara neden olur. Bu yazıda, atmosferik sinterleme, sıcak presleme sinterleme ve basınçlı sinterleme dahil olmak üzere silikon nitrür seramiklerin sıvı faz sinterleme işlemi ve bu işlemlerin silikon nitrür seramiklerin mikro yapısı ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisi tartışılmaktadır.
Silisyum nitrür seramik, hafiflik, yüksek mukavemet, aşınma direnci, elektrik yalıtımı ve kendi kendini yağlama gibi mükemmel özellikleriyle seramik yataklı ruloların ilk tercihidir. Döner gövdeli silikon nitrür seramik bilyalara sahip seramik rulmanlar, hassas takım tezgahları için yüksek hızlı motorlu mil yatakları, rüzgar enerjisi yatakları ve rüzgar enerjisi yatakları gibi yüksek hız, yüksek sıcaklık, düşük tork ve zayıf yağlı yağlama gibi çalışma koşullarında kullanıma özellikle uygundur. havacılık rulmanları.
Silikon nitrür, düşük kendi kendine difüzyon katsayısına ve yetersiz sinterleme itici gücüne sahip güçlü bir kovalent bağ bileşiğidir, bu nedenle basit katı faz sinterleme ile yoğunlaştırmanın elde edilmesi zordur. Bu nedenle sıvı faz sinterleme ile yoğunlaştırma işleminin tamamlanması için belirli miktarda sinterleme katkı maddesinin eklenmesi gerekir. Silisyum nitrür seramiklerinin sıvı faz sinterlenmesinin prensibi, sinterleme katkı maddelerinin silikon nitrür tozunun yüzeyindeki SiO2 ile reaksiyona girerek sıvı bir faz oluşturması ve sıvı fazın etkisi altında, parçacıkların yeniden düzenlenmesi, çözelti işlemi yoluyla yoğunlaşmaya ulaşmasıdır. -yağış ve tane büyümesi.
Silikon nitrür seramiklerin yaygın olarak kullanılan sıvı faz sinterleme yöntemleri arasında atmosferik basınç sinterlemesi, sıcak pres sinterlemesi ve hava basıncı sinterlemesi bulunur.
Silikon nitrür 1700'den sonra ayrışmaya başlar, silikon nitrürün ayrışmasını engellemek için atmosferik basınç sinterlemesi genellikle gömülü toz ile gerçekleştirilir, ancak gömülü tozun etkisi sınırlıdır, böylece atmosferik basınç sinterleme sıcaklığı yapılamaz. 1750â'ü aşar ve yoğunlaşmayı teşvik etmek için çok sayıda sinterleme katkı maddesinin eklenmesi gerekir, bu da ürünün performansını ciddi şekilde etkiler.
Sıcak pres sinterleme, sıvı fazın ve mekanik basıncın çift etkisi altında yoğunlaştırma elde etmektir, sinterleme sıcaklığı düşüktür ve ürün performansı mükemmeldir, ancak grafit kalıbın sınırlaması nedeniyle yalnızca basit şekilli ürünler üretiyor ve üretim kapasitesi düşük.
Basınçlı sinterleme (GPS), silikon nitrürün ayrışmasını engellemek için yüksek basınçlı nitrojene (1 ~ 10 MPa) dayanır, silikon nitrür seramiklerinin sinterleme sıcaklığını 1900 ° C'nin üzerine çıkarabilir, yoğunlaşma ile yüksek sıcaklıkta ayrışma arasındaki çelişkiyi çözebilir silisyum nitrür seramik sinterleme işleminin sinterleme katkı maddelerinin miktarını azaltabilir, seri üretime uygun ürünlerin performansını artırabilir.
Şu anda, pnömatik sinterleme işleminin silikon nitrür seramiklerinin mikro yapısı ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisine ilişkin çok sayıda literatür raporu bulunmaktadır.
Örneğin, Zhou Changling ve ark. Basınçlı sinterleme işlemiyle silikon nitrür seramikleri üretmek için hammadde olarak β-Si3N4 tozunu ve sinterleme maddesi olarak itriyum alüminyum garnet'i (YAG) kullandılar ve silikon nitrür seramiklerinin yoğunlaşma derecesinin ve mekanik özelliklerinin artan yoğunlukla önce arttığını ve daha sonra azaldığını buldu. sinterleme sıcaklığı.
Mitomo ve arkadaşları, hammadde olarak α-Si3N4 tozu ve β-Si3N4 tozunu ve sinterleme maddesi olarak MgO-Y2O3'ü kullanarak, farklı hammaddelerin basıncıyla sinterlenen silikon nitrür seramiklerinin mikroyapısındaki farklılıkları incelediler ve aynı koşullar altında şunu buldular: Koşullar göz önüne alındığında, hammadde olarak α-Si3N4 tozu ile hazırlanan silisyum nitrür seramiklerin mikro yapısı iki modlu bir durum ve kaba β-Si3N4 taneleri gösterdi. β-Si3N4 tozu ile hazırlanan silisyum nitrür seramiklerin mikro yapısı tekdüzeydi ve tek modlu bir durum gösterdi.
Özetle, silisyum nitrür seramiklerinin hazırlanma süreci, özellikle de sıvı faz sinterleme teknolojisi, mikroyapısı ve mekanik özellikleri üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptir. Atmosferik sinterleme, sıcak presleme sinterleme ve pnömatik sinterleme gibi farklı yöntemlerin avantajlarını ve dezavantajlarını karşılaştırarak, pnömatik sinterlemenin sinterleme sıcaklığının arttırılmasında, silikon nitrürün ayrışmasının engellenmesinde, sinterleme katkı maddelerinin miktarının azaltılmasında ve iyileştirmede olağanüstü performansa sahip olduğunu bulabiliriz. Ürünlerin performansı ve yüksek performanslı silikon nitrür seramiklerinin seri üretimi için uygundur. Aynı zamanda farklı hammadde ve sinterleme katkı maddelerinin seçimi de silisyum nitrür seramiklerinin mikro yapısı ve mekanik özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Gelecekte, araştırmaların derinleşmesi ve teknolojinin sürekli ilerlemesi ile silikon nitrür seramiklerinin hazırlanma süreci daha mükemmel olacak ve hassas takım tezgahları, rüzgar enerjisi, havacılık ve diğer alanlardaki uygulamaları daha kapsamlı olacaktır.
