Керамика из нитрида кремния с ее малым удельным весом, высокой прочностью, износостойкостью, превосходными электроизоляционными и самосмазывающимися свойствами выделяется среди керамических подшипников, особенно в экстремальных условиях работы, таких как высокая скорость, высокая температура, низкий крутящий момент и смазка бедным маслом, шарик из нитрида кремния в качестве керамических подшипников с телом качения демонстрирует отличный потенциал применения. Однако свойства сильной ковалентной связи нитрида кремния затрудняют его уплотнение посредством твердофазного спекания, что создает проблемы при приготовлении керамики из нитрида кремния. В этой статье обсуждается процесс жидкофазного спекания керамики из нитрида кремния, включая атмосферное спекание, спекание горячим прессованием и спекание под давлением, а также влияние этих процессов на микроструктуру и механические свойства керамики из нитрида кремния.
Керамический подшипник из нитрида кремния является лучшим выбором для керамических подшипниковых роликов с его превосходными свойствами, такими как легкий вес, высокая прочность, стойкость к истиранию, электрическая изоляция и самосмазывание. Керамические подшипники с керамическими шариками из нитрида кремния в качестве тел качения особенно подходят для использования в рабочих условиях, таких как высокая скорость, высокая температура, низкий крутящий момент и бедная масляная смазка, например, высокоскоростные подшипники шпинделя с электроприводом для прецизионных станков, подшипники ветроэнергетических установок и т. д. аэрокосмические подшипники.
Нитрид кремния представляет собой соединение с прочной ковалентной связью с низким коэффициентом самодиффузии и недостаточной движущей силой спекания, поэтому трудно добиться уплотнения простым твердофазным спеканием. Следовательно, необходимо добавить определенное количество спекающих добавок для завершения процесса уплотнения путем спекания в жидкой фазе. Принцип жидкофазного спекания нитридкремниевой керамики заключается в том, что спекающие добавки вступают в реакцию с SiO2 на поверхности порошка нитрида кремния с образованием жидкой фазы, а под действием жидкой фазы происходит уплотнение за счет процесса перегруппировки частиц, растворения. -осадки и рост зерна.
Обычно используемые методы жидкофазного спекания керамики из нитрида кремния включают спекание при атмосферном давлении, спекание горячим прессом и спекание под давлением воздуха.
Нитрид кремния начинает разлагаться после 1700 ° C. Чтобы предотвратить разложение нитрида кремния, спекание при атмосферном давлении обычно проводится с помощью заглубленного порошка, но влияние заглубленного порошка ограничено, так что температура спекания при атмосферном давлении не может превышает 1750℃, и необходимо добавлять большое количество спекающих добавок для повышения уплотнения, что серьезно влияет на характеристики продукта.
Спекание горячим прессом предназначено для достижения уплотнения под двойным действием жидкой фазы и механического давления, температура спекания низкая, а характеристики продукта отличные, но из-за ограничений графитовой формы его можно использовать только для производят продукцию простой формы, а производственная мощность низкая.
Спекание под давлением (GPS) основано на использовании азота под высоким давлением (1 ~ 10 МПа) для предотвращения разложения нитрида кремния, может увеличить температуру спекания керамики из нитрида кремния до более чем 1900 ° C, решить противоречие между уплотнением и высокотемпературным разложением. Процесс спекания керамики из нитрида кремния позволяет уменьшить количество спекающих добавок, улучшить характеристики продукции, подходящей для массового производства.
В настоящее время в литературе имеется много сообщений о влиянии процесса пневматического спекания на микроструктуру и механические свойства керамики из нитрида кремния.
Например, Чжоу Чанлин и др. использовали порошок β-Si3N4 в качестве сырья и иттрий-алюминиевый гранат (YAG) в качестве спекающего агента для производства керамики из нитрида кремния методом спекания под давлением и обнаружили, что степень уплотнения и механические свойства керамики из нитрида кремния сначала увеличиваются, а затем уменьшаются с увеличением температура спекания.
Митомо и др., используя в качестве сырья порошки α-Si3N4 и β-Si3N4, а в качестве спекающего агента MgO-Y2O3, изучили различия в микроструктуре керамики из нитрида кремния, спеченной под давлением из разного сырья, и обнаружили, что при одинаковом Микроструктура керамики из нитрида кремния, приготовленной с порошком α-Si3N4 в качестве сырья, имела бимодальное состояние и крупные зерна β-Si3N4. Микроструктура керамики из нитрида кремния, приготовленной с порошком β-Si3N4, была однородной и демонстрировала унимодальное состояние.
Таким образом, процесс подготовки керамики из нитрида кремния, особенно технология жидкофазного спекания, оказывает решающее влияние на ее микроструктуру и механические свойства. Сравнивая преимущества и недостатки различных методов, таких как атмосферное спекание, спекание горячим прессованием и пневматическое спекание, мы можем обнаружить, что пневматическое спекание обладает выдающимися характеристиками в повышении температуры спекания, ингибировании разложения нитрида кремния, уменьшении количества спекающих добавок и улучшении производительность продукции и подходит для массового производства высокопроизводительной керамики из нитрида кремния. В то же время выбор различного сырья и спекающих добавок также оказывает существенное влияние на микроструктуру и механические свойства керамики из нитрида кремния. В будущем, с углублением исследований и постоянным развитием технологий, процесс приготовления керамики из нитрида кремния станет более совершенным, а ее применение в прецизионных станках, ветроэнергетике, аэрокосмической и других областях будет более широким.
