Seramik Silikon Nitrida: Sifat, Jenis dan Penggunaannya dalam Tuangan Aluminium

Seramik silikon nitrida ialah bahan yang dicapai oleh ramai jurutera apabila keluli, grafit dan refraktori konvensional tidak lagi tahan. Di mana logam cair, kitaran haba yang pantas dan haus kasar bertemu, silikon nitrida (Si3N4) menawarkan gabungan kekuatan yang jarang berlaku, toleransi kejutan haba dan kestabilan kimia, dan itulah sebabnya ia telah menjadi pemandangan biasa dalam tuangan aluminium dan perkakas hujung panas tuangan mati.

Pasukan kami telah bekerja dengan seramik silikon nitrida selama lebih daripada dua puluh tahun, daripada pemilihan serbuk hingga ke rotor siap, tiub riser atau tiub perlindungan pemanas. Dalam panduan ini, kami berkongsi perkara yang telah diajar oleh pengalaman itu kepada kami tentang bahan itu sendiri, gred yang tersedia dan soalan praktikal yang timbul apabila faundri memutuskan untuk memindahkan komponen haus ke seramik.

Apakah Seramik Silikon Nitrida?

Silikon nitrida adalah sebatian silikon dan nitrogen. Ikatan kovalennya yang kuat memberikannya sifat yang tidak dapat dipadankan oleh logam dan kebanyakan seramik oksida: ia kekal keras pada suhu tinggi, menolak kejutan haba, dan tidak mudah bertindak balas dengan logam bukan ferus cair.

Struktur mikro menerangkan banyak prestasi. Silikon nitrida wujud dalam dua bentuk kristalografi, alfa dan beta. Semasa pensinteran fasa alfa bertukar menjadi beta, yang tumbuh sebagai butiran memanjang seperti jarum. Biji-bijian tersebut saling bertautan seperti dirasa, dan rangkaian itulah yang memberikan ketangguhan seramik nitrida silikon: ia menyerap tenaga dan bukannya menghancurkan cara seramik kasar atau berkaca.

Hartanah yang paling penting dalam perkhidmatan perindustrian termasuk:

• Kekuatan lentur biasanya antara 600 dan 1,200 MPa, bergantung pada gred
• Keliatan patah kira-kira dua kali ganda daripada seramik alumina
• Ketumpatan sekitar 3.2 gram setiap sentimeter padu, jauh di bawah keluli
• Pengembangan haba yang rendah dan rintangan kejutan haba yang sangat baik
• Lengai kimia terhadap kebanyakan asid, garam dan logam bukan ferus cair
• Kerintangan elektrik yang tinggi, berguna berhampiran elemen pemanasan
• Kebolehbasahan yang sangat rendah oleh aluminium cair

Harta terakhir itu patut diberi penekanan. Seramik yang dicairkan tidak boleh basah kekal bersih, mengekalkan dimensinya dan tidak menyeret oksida atau unsur terlarut ke dalam tuangan. Ia adalah satu-satunya sebab terbesar seramik silikon nitrida menggantikan bahan-bahan terdahulu dalam penyahgasan dan peralatan pemindahan.

Laluan Pengilangan dan Mengapa Gred Penting

"Seramik silikon nitrida" bukan satu bahan. Bergantung pada cara serbuk itu dibentuk, berapa banyak bantuan pensinteran ditambah dan cara bahagian itu ditumpatan, kimia yang sama boleh menghasilkan komponen gred refraktori yang berliang dan murah atau seramik struktur yang hampir padat sepenuhnya yang bertahan bertahun-tahun dalam sel tuangan mati.

1. Silikon nitrida terikat tindak balas (RBSN): nitrogen bertindak balas dengan prabentuk silikon, memberikan badan berliang tetapi stabil dari segi dimensi yang memerlukan sedikit pemesinan.
2. Silikon nitrida tersinter (SSN): pensinteran tanpa tekanan dengan bahan tambahan oksida seperti yttria, alumina atau magnesia.
3. Gas-pressure sintered silicon nitride (GPSN): tekanan nitrogen tinggi menyekat penguraian dan menolak ketumpatan melebihi 99 peratus.
4. Panas-tekan silikon nitrida (HPSN): tekanan uniaxial semasa ketumpatan memberikan kekuatan tertinggi tetapi mengehadkan bahagian kepada bentuk mudah.
5. Silikon nitrida terikat tindak balas tersinter (SRBSN): laluan hibrid yang bermula daripada ikatan tindak balas dan berakhir dengan pensinteran.

Bahan tambahan pensinteran penting sama seperti laluan. Mereka menggalakkan ketumpatan dengan membentuk fasa berkaca nipis pada sempadan bijian, dan komposisi fasa itu menentukan cara bahan bertindak dalam perkhidmatan: sistem yang direka dengan baik mengekalkan sempadan tahan rayapan, manakala yang lemah lembut pada suhu.

Kami telah menulis nota teknikal langkah demi langkah pada proses pembuatan seramik silikon nitrida jika anda ingin mendalami penyediaan serbuk, pembentukan, pensinteran dan pemeriksaan.

Mengapa Seramik Nitrida Silikon Cemerlang dalam Aluminium Lebur

Aluminium lebih agresif daripada yang kelihatan. Pada suhu 700 hingga 750 darjah Celsius, leburan mengurangkan banyak oksida, membasahi kebanyakan refraktori dan bertindak balas dengan besi, silikon dan oksigen pada permukaan apa sahaja yang disentuhnya. Komponen yang bertindak balas dengan cair tidak mudah haus; ia mengubah kimia logam dan mencipta kemasukan yang gagal tuangan pada pemeriksaan akhir.

Seramik silikon nitrida berkelakuan berbeza. Kebolehbasahannya yang rendah bermakna aluminium terlepas dan bukannya berpaut, jadi pemutar dan tiub mengekalkan geometrinya. Lengai kimia mereka bermakna cair kekal bersih. Rintangan renjatan haba mereka bermakna tiub perlindungan sejuk boleh terus masuk ke dalam relau panas tanpa ritual prapemanasan perlahan yang memakan anjakan.

Komponen hujung panas biasa yang diperbuat daripada seramik silikon nitrida termasuk:

• Menyahgas dan menapis rotor untuk penyingkiran hidrogen dan kemasukan
• Tiub riser dan tiub tangkai untuk tuangan tekanan rendah dan pemindahan logam
• Batang penyumbat dan komponen injap untuk kawalan aliran
• Tiub perlindungan pemanas dan tiub perlindungan termokopel
• Membasuh lapisan, paip fluks, rod kawalan dan bahagian pam

Rotor penyahgas menunjukkan betapa pentingnya bahan. Pemutar berputar pada beberapa ratus pusingan seminit semasa sebahagiannya tenggelam, memecahkan aliran gas menjadi buih halus yang menghilangkan hidrogen daripada cair. Ia perlu bertolak ansur dengan rendaman, kacau ganas dan beribu-ribu kitaran pemanasan dan penyejukan tanpa kehilangan keseimbangan atau menumpahkan zarah ke dalam logam.

SG-28 Silicon Nitride Ceramic Degassing Rotor Berbanding dengan pemutar grafit, pemutar penyahgas seramik silikon nitrida SG-28 tidak teroksida dalam status suhu tinggi, jadi ia tidak mencemarkan aluminium cair dan... Lihat Produk →

Tuangan aluminium dan tuangan die ialah dua kawasan aplikasi di mana kita melihat permintaan yang paling kuat, dan logik bahan yang sama berjalan sepanjang jalan dari relau lebur ke acuan.

Memadankan Komponen pada Setiap Langkah Hot End

Sebaik sahaja faundri memutuskan untuk memindahkan komponen ke seramik nitrida silikon, soalan seterusnya ialah gred dan reka bentuk yang sesuai dengan tugas. Jawapannya biasanya mengikut urutan proses.

Menyahgas dan menapis

Rotor, paip fluks dan rod kawalan berfungsi dalam bahagian proses yang paling bergelora. Mereka memerlukan kekuatan maksimum dan rintangan kejutan haba, jadi gred padat sepenuhnya adalah norma. Ketebalan dinding, reka bentuk benang dan cara pemutar diapit pada bahan aci sama seperti bahan itu sendiri, kerana pemutar yang gagal pada sambungan tidak pernah mendapat peluang untuk membuktikan rintangan hausnya.

Penapisan

Penapisan halus mengeluarkan kemasukan terakhir sebelum logam mencapai acuan. Elemen penapis seramik mesti menggabungkan kebolehtelapan dengan kekuatan yang mencukupi untuk bertahan dalam pengendalian, pemanasan awal dan tekanan mesin basuh penuh. Geometri tiub amat berkesan apabila ruang lantai terhad dan leburan perlu dibersihkan dalam unit yang padat dan boleh diganti.

Penapis Tiub Tepat SMF-02 Memandangkan industri tuangan aluminium menghadapi keperluan yang semakin ketat untuk ketulenan aluminium cair, bersama-sama dengan permintaan yang semakin meningkat untuk pembuatan mewah dan persekitaran... Lihat Produk →

Pemanasan dan kawalan suhu

Pemanas rendaman dan tiub luarnya beroperasi secara berterusan dalam mandi aluminium cecair. Tiub seramik mesti mengalirkan haba dengan cekap tanpa bertindak balas dengan leburan, dan ia mesti menahan kecerunan terma yang dicipta apabila tahap mandian berubah. Tiub perlindungan untuk termokopel menghadapi persekitaran yang sama sambil menuntut kawalan dimensi yang lebih ketat, kerana beberapa persepuluh milimeter boleh mengubah masa tindak balas penderia.

Tiub Perlindungan Pemanas Seramik Silikon Nitrida SG-28 Tiub perlindungan pemanas seramik silikon nitrida SG-28 mempunyai rintangan yang kuat terhadap suhu tinggi, kakisan dan kejutan haba dalam aluminium cair. Ia boleh menahan h... Lihat Produk →

Pemindahan, kawalan aliran dan tuangan

Tiub riser, rod penyumbat, rod kawalan dan bahagian pam membentuk paip faundri. Di sini keutamaan adalah ketepatan dimensi, ketahanan terhadap hakisan pada lubang, dan keupayaan untuk bertahan kitaran haba berulang tanpa retak pada bebibir. Oleh kerana bahagian ini selalunya besar, pilihan laluan pembuatan mempunyai kesan langsung pada kedua-dua kos dan masa penghantaran.

Cara Menilai Pembekal Seramik Silikon Nitrida

Silikon nitrida sukar untuk dibuat dengan baik, dan perbezaan antara bahagian yang baik dan yang biasa-biasa biasanya muncul enam bulan dalam perkhidmatan dan bukannya pada lukisan. Apabila pelanggan meminta kami membuat sebut harga terhadap pembekal yang sedia ada, kami mencadangkan mereka membandingkan beberapa perkara praktikal.

1. Tanya gred mana yang ditawarkan dan mengapa. Pembekal yang tidak dapat menjelaskan perbezaan antara badan tersinter tanpa tekanan dan badan tersinter tekanan gas tidak mungkin mengawal perbezaan dalam pengeluaran itu.
2. Tanya tentang kawalan dimensi. Benang pemutar, lubang tiub dan muka bebibir perlu betul, kerana bahagian seramik tidak boleh dilaraskan di tapak.
3. Minta data ujian dan bukannya kata sifat. Keputusan kekuatan, ketumpatan dan renjatan haba harus datang daripada kaedah ujian yang ditetapkan.
4. Semak model penghantaran. Seramik boleh guna diganti mengikut jadual, jadi masa utama dan keupayaan untuk menyimpan bahan stok sebanyak harga unit.
5. Tengok siapa lagi pembekal layan. Pengilang yang menumpukan pada aluminium dan hujung panas bukan ferus lain akan memahami proses anda dan mod kegagalan anda.

Di SGJL kami mengeluarkan silikon nitrida dan bahan seramik yang berkaitan dalam kemudahan seluas 20,000 meter persegi dan dihantar kepada pelanggan di lebih tiga puluh negara, dengan industri tuangan aluminium dan tuangan mati sebagai pasaran teras kami. Keluarga produk kami termasuk SG-28 silikon nitrida, OS-11 O'Sialon, TA-03 aluminium titanat, pemanas rendaman berkecekapan tinggi, bebola penyimpanan haba korundum dan bahagian pam seramik penuh.

Seramik silikon nitrida bukanlah jawapan universal, dan kami tidak akan mencadangkan untuk menggantikan setiap refraktori dalam faundri dengan mereka. Tetapi apabila aluminium cair terlibat, di mana bahagian gagal awal atau mencemarkan cair, dan apabila tingkap penyelenggaraan pendek, mereka secara konsisten membayar sendiri. Jika anda sedang menimbang perubahan pada pemutar, tiub riser atau tiub perlindungan pemanas, kami berbesar hati untuk membincangkan kitaran tugas anda dan mengesyorkan gred yang sesuai dengannya.