窒化珪素セラミックス材料の製造技術と応用

窒化ケイ素は重要な構造用セラミック材料です。本質的に潤滑性と耐摩耗性を備えた超硬質物質であり、原子結晶であり、高温での酸化に耐性があります。また、高温・低温衝撃にも強く、空気中で1000℃以上に加熱しても、急冷・急加熱しても壊れません。窒化ケイ素セラミックスは優れた特性を持っているため、ベアリング、タービンブレード、メカニカルシールリング、金型などの機械部品の製造によく使用されています。高温に強く、熱を伝えにくい窒化ケイ素セラミックスをエンジン部品の発熱面に使用すれば、ディーゼルエンジンの品質向上、省燃費化だけでなく、熱効率の向上にもつながります。 。我が国、米国、日本などはこの種のディーゼルエンジンを開発しました。

窒化ケイ素セラミックスの製造プロセスは何ですか?

窒化ケイ素セラミックス製品を製造するプロセスの流れは、一般に、原料処理、粉末合成、粉末処理、成形、素地処理、焼結、セラミック体処理で構成されます。

窒化ケイ素セラミックの製造プロセスの種類は、主に合成、成形、焼結の方法と順序の違いによって区別されます。

【窒化珪素セラミック成形プロセス】

セラミックの一般的に使用される成形方法には、乾式プレス、鋳造、射出成形のうち、乾式プレス成形は最も広く使用されている成形プロセスであり、携帯電話の主流でもあります。セラミック バックプレーン Xiaomi MIX シリーズのセラミック バック カバーは、成形プロセスの 1 つであり、すべて乾式プレスされています。今回はセラミックの乾式プレス成形工程について詳しく見ていきます。

1. ドライプレス

乾式プレス成形は圧縮成形とも呼ばれ、最も一般的に使用される成形法の 1 つです。乾式プレス成形とは、流動性が良く、粒子の粒度が適切な造粒粉末を金型キャビティに入れ、圧子を通して圧力を加え、圧子が金型キャビティ内を移動して圧力を伝え、金型キャビティ内で粉末を作製する方法です。バルク粒子が再配列、変形、圧縮されて、特定の強度と形状を備えたセラミックブランクが形成されます。

2. 乾式プレス成形のプロセス原理と影響要因

1. プロセス原則

乾式プレス成形の本質は、外力の作用下で金型内で粒子が互いに接近し、内部摩擦によって粒子が強固に結合して保持されることです。ある形。この内部摩擦は、互いに接近している粒子の周囲にある結合剤の薄い層に作用します。

圧力が増加すると、ブランクスは形状を変化させ、互いに滑り、隙間を減らし、徐々に接触を増やし、互いにくっつきます。粒子が近づくにつれて、コロイド分子と粒子の間の力が強くなり、成形体は一定の機械的強度を持ちます。

2. 影響要因

(1) 粉体の特性: 粒径、粒度分布、流動性、含水率など;

(2) 結合剤と潤滑剤の選択;

(3) 金型設計

(4) プレス工程における加圧力、加圧方法、加圧速度、加圧保持時間。

要約すると、ブランクの粒子サイズが適切で、バインダーが正しく使用されていれば、プレス法は合理的であり、乾式プレス法でも比較的理想的な成形体の密度が得られる。

[窒化ケイ素セラミックス焼結プロセス]

高純度窒化ケイ素粉末は基本的に 1700℃ でホットプレスしても収縮しません。窒化ケイ素の主な焼結方法には、反応焼結、通常焼結、ホットプレス焼結の 3 つがあります。

最後に、窒化ケイ素セラミックスの応用について紹介します。

窒化ケイ素セラミックの初期の応用は、主に機械、冶金、化学産業、航空、半導体およびその他の産業で特定の機器または製品の部品として使用され、期待される良好な結果を達成しました。近年、製造プロセスや試験・分析技術の発展により、窒化珪素セラミックス製品の信頼性は向上し続けており、その適用分野は拡大を続けています。特に評価できるのは、窒化ケイ素セラミックエンジンの開発が進められ、大きな進歩を遂げており、科学技術において世界が注目する一大イベントとなっている。

1. 冶金産業では、るつぼ、マッフル炉、バーナー、発熱体固定具、鋳型、アルミニウム液体導管、熱電対温度測定保護スリーブ、アルミニウム電解槽ライニングおよびその他の熱機器コンポーネントの製造に使用できます。

2. 機械産業では、高速旋削工具、ベアリング、金属部品の熱処理用サポート、ローターエンジンスクレーパー、ガスタービンガイドベーン、タービンブレードなどに使用できます。

3. 化学工業では、ボールバルブ、ポンプ本体、シールリング、フィルター、熱交換器部品、固定触媒担体、燃焼ボート、蒸発皿などに製造できます。

4. 半導体、航空、原子力などの産業において、スイッチング回路基板、フィルムコンデンサ、高温や急激な温度変化に耐える電気絶縁体、レーダーなどの製造に使用されます。レドーム、ミサイル尾ノズル、原子炉の支持体および隔離部品、核分裂物質の運搬体など。

5. 人工関節は医用工学に応用できます。

6. 開発中の窒化ケイ素オールセラミックエンジンは、同タイプの金属エンジンに代わるものです。