Mengapa Silicon Nitride Menggantikan Keluli dalam Kejuruteraan Berprestasi Tinggi- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

Sifat Teras Silikon Nitrida (Si3N4)

Silikon Nitrida ialah seramik teknikal berprestasi tinggi yang dicirikan oleh gabungan unik sifat terma, mekanikal dan elektriknya. Tidak seperti kebanyakan seramik lain yang rapuh di bawah tekanan terma, Silicon Nitride mempunyai pekali pengembangan terma yang sangat rendah dan keliatan patah yang tinggi. Ini menjadikannya sangat tahan terhadap kejutan haba, membolehkannya menahan turun naik suhu yang cepat tanpa retak. Secara kimia, ia terdiri daripada silikon dan nitrogen yang tersusun dalam struktur ikatan kovalen, yang menghasilkan bahan yang hampir keras seperti berlian sambil kekal lebih ringan daripada aloi keluli berkekuatan tinggi.

Ciri-ciri Fizikal dan Terma

Harta benda	Nilai Biasa
Ketumpatan	3.2 - 3.5 g/cm³
Kekerasan (Vickers)	1400 - 1600 HV
Kekonduksian Terma	20 - 30 W/m·K
Suhu Operasi Maks	Sehingga 1200°C

Proses Pembuatan dan Gred Bahan

Prestasi Silicon Nitride sangat bergantung pada kaedah yang digunakan untuk mensintesis dan memejalkan serbuk. Kerana bahan tidak cair, ia mesti dibentuk melalui proses pensinteran. Nitrida Silikon Berikat Tindak balas (RBSN) dicipta dengan menyinitatkan serbuk silikon padat, menghasilkan kestabilan dimensi yang sangat baik tetapi keliangan yang lebih tinggi. Sebaliknya, Gas Pressured Sintered Silicon Nitride (GPSSN) dan Hot Pressed Silicon Nitride (HPSN) menggunakan tekanan dan suhu tinggi untuk mencapai ketumpatan hampir teori, menawarkan kekuatan mekanikal tertinggi untuk menuntut aplikasi aeroangkasa dan automotif.

Sintered Silicon Nitride (SSN): Menggunakan bahan tambahan untuk memudahkan ketumpatan pada suhu tinggi.
Ditekan Isostatik Panas (HIP-SN): Menghapuskan lompang mikro dalaman untuk rintangan keletihan maksimum.
Reaction Bonded (RBSN): Terbaik untuk bentuk kompleks yang memerlukan toleransi yang ketat tanpa pemesinan.

Aplikasi Industri dan Kelebihan Kejuruteraan

Dalam sektor automotif dan aeroangkasa, Silicon Nitride ialah piawaian emas untuk komponen galas berkelajuan tinggi. Galas bebola seramik yang diperbuat daripada Si3N4 adalah 40% lebih ringan daripada keluli, menghasilkan kurang geseran, dan boleh beroperasi tanpa pelinciran untuk tempoh yang singkat, yang penting untuk senario kecemasan dalam enjin jet. Tambahan pula, sifat bukan magnetik dan penebat elektrik menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam peralatan pembuatan semikonduktor dan implan perubatan, di mana gangguan dengan pengimejan resonans magnetik (MRI) atau litar elektrik mesti dielakkan.

Faedah Utama dalam Persekitaran Melampau

Rintangan Kakisan: Kedap air kepada kebanyakan asid dan larutan alkali pada suhu bilik.
Rintangan Haus: Tahan lama yang unggul dalam persekitaran yang kasar berbanding dengan tungsten karbida.
Kekakuan Tinggi: Memberikan ketegaran struktur yang sangat baik dengan Modulus Muda kira-kira 310 GPa.

Pertimbangan Reka Bentuk untuk Komponen Silikon Nitrida

Apabila mereka bentuk dengan Silicon Nitride, jurutera mesti mengambil kira kekurangan kemuluran bahan. Walaupun ia sangat kuat dalam mampatan, ia sensitif kepada pemuatan titik dan ketegangan. Untuk memaksimumkan jangka hayat bahagian seramik, adalah penting untuk mengelakkan sudut dalaman yang tajam dan menggunakan jejari yang besar untuk mengagihkan tekanan. Selain itu, kerana Silicon Nitride sukar untuk dimesin selepas pensinteran, komponen harus direka bentuk sehampir mungkin dengan "bentuk bersih", atau dikisar menggunakan perkakas berujung berlian untuk mencapai toleransi akhir. Penyepaduan yang betul selalunya melibatkan penggunaan shrink-fits atau pelekat khusus untuk mengikat seramik dengan perumah logam.