Nitruro di silicio (Si3N4) – CeramaSil-N™
Vantaggi dei materiali
- Elevata resistenza in un ampio intervallo di temperature
- Elevata tenacità alla frattura
- Buona resistenza alla flessione
- Resistenza alla fatica meccanica e allo scorrimento viscoso
- Leggero – Bassa densità
- Elevata durezza e resistenza all’usura, sia in modalità di impatto che di attrito
- Resistenza superiore agli shock termici
- Bassa dilatazione termica
- Isolante elettrico
- Buona resistenza all’ossidazione
- Buona resistenza alla corrosione chimica
- Resistente all’usura
- Elevata rigidità
Applicazioni
- Cuscinetti a sfere rotanti e cuscinetti a rulli
- Utensili da taglio
- Componenti del motore: valvole, pastiglie dei bilancieri, superfici di tenuta
- Supporti per bobina di riscaldamento a induzione
- Pale, palette, tazze della turbina
- Attrezzature per saldatura e brasatura
- Componenti dell’elemento riscaldante
- Crogioli
- Rulli e matrici per la formatura di tubi metallici
- Ugelli per saldatura TIG/Plasma
- Posizionatori di saldatura
- Alberi e assi di precisione in ambienti ad alta usura
- Guaine e tubi per termocoppie
- Apparecchiature per il processo dei semiconduttori
Gradi dei materiali
Esistono diversi metodi diversi utilizzati per produrre il nitruro di silicio. Ogni metodo produce materiali con proprietà leggermente diverse.
PCSN1000 – Sinterizzato a sovrapressione di gas
Questo è il metodo più diffuso per produrre componenti in nitruro di silicio ad alta resistenza e geometria complessa. Questo metodo utilizza una polvere di nitruro di silicio che è stata miscelata con ausili di sinterizzazione per promuovere la sinterizzazione in fase liquida (tipicamente ittrio, ossido di magnesio e/o allumina) e leganti per migliorare la resistenza meccanica del corpo ceramico verde. La polvere viene pressata nella forma desiderata e può aver luogo la lavorazione a verde. Le parti vengono quindi inserite in un forno con atmosfera di azoto pressurizzato per favorire la densificazione e impedire l’evaporazione/decomposizione del silicio, dell’azoto e degli additivi.
Precision Ceramics ha in magazzino una gamma di barre ceramiche standard in nitruro di silicio, tutte tornite con precisione per un’eccellente finitura superficiale. Queste barre possono essere utilizzate come cuscinetti, pistoni, componenti di motori o in una varietà di altri assemblaggi. Inoltre, Precision Ceramics offre servizi completi di lavorazione/rettifica per la produzione di componenti in nitruro di silicio personalizzati.
Applicazioni
- Applicazioni aerospaziali
- Applicazioni dei cuscinetti
- Parti soggette ad usura del motore
- Applicazioni di fonderia
- Industria meccanica
- Componenti medicali
PCSN2000 – Pressato a caldo
L’HPSN viene prodotto pressando uniassialmente polvere di nitruro di silicio con additivi di sinterizzazione e applicando contemporaneamente calore. Questo processo richiede un tipo speciale di pressa e matrice. Produce un nitruro di silicio con eccellenti proprietà meccaniche. Tuttavia, è possibile produrre solo forme semplici. Poiché è impossibile lavorare a macchina un componente pressato a caldo, la rettifica a diamante è l’unico modo per creare geometrie complesse. A causa degli elevati costi e delle difficoltà associate alla rettifica a diamante e alla pressatura a caldo, il suo utilizzo è in genere limitato alla produzione di componenti semplici in piccole quantità.
Applicazioni
- Applicazioni aerospaziali
- Ingegneria e costruzione di impianti chimici
- Parti soggette ad usura del motore
- Applicazioni di fonderia
- Industria meccanica
- Componenti medicali
PCSN3000 – Pressatura isostatica a caldo
Questo metodo consolida la polvere di nitruro di silicio utilizzando alte pressioni e alte temperature. Un corpo di nitruro di silicio con porosità chiusa viene pressato isostaticamente (pressione uniforme su tutti i lati) tramite un gas inerte fino a 2000 bar mentre la camera viene riscaldata simultaneamente. Questo processo comprime efficacemente tutti i pori/difetti dal materiale durante la sinterizzazione e porta la densità più vicina a quella teorica. L’HIPing migliora le proprietà meccaniche e l’affidabilità, tuttavia, è un processo costoso che viene in genere utilizzato solo in circostanze molto selezionate.
Applicazioni
- Applicazioni aerospaziali
- Applicazioni dei cuscinetti
- Ingegneria e costruzione di impianti chimici
- Parti soggette ad usura del motore
- Applicazioni di fonderia
- Industria meccanica
- Componenti medicali
PCSN4000 – Sinterizzato a sovrapressione di gas estruso
Questo metodo utilizza una polvere di nitruro di silicio miscelata con ausiliari di sinterizzazione per promuovere la sinterizzazione in fase liquida (tipicamente ittrio, ossido di magnesio e/o allumina) nonché leganti per migliorare la resistenza meccanica del corpo ceramico verde.
Precision Ceramics ha in magazzino una gamma di barre ceramiche standard in nitruro di silicio, tutte rettificate con precisione per un’eccellente finitura superficiale. Queste barre possono essere utilizzate come cuscinetti, pistoni, componenti di motori o in una varietà di altri assemblaggi. Inoltre, Precision Ceramics offre servizi completi di lavorazione/rettifica per la produzione di componenti in nitruro di silicio personalizzati.
Applicazioni
- Applicazioni aerospaziali
- Applicazioni dei cuscinetti
- Ingegneria e costruzione di impianti chimici
- Parti soggette ad usura del motore
- Applicazioni di fonderia
- Industria meccanica
- Componenti medicali
Proprietà del materiale
Proprietà meccaniche
| Proprietà | Unità | Tipo di articolo: PCSN1000 | PCSN2000 | Tipo di articolo: PCSN3000 | Tipo di prodotto |
|---|---|---|---|---|---|
| Densità | g/cm3 | 3.18-3.40 | 3.18-3.40 | 3.18-3.26 | 3.23 |
| Resistenza alla compressione | MPa | 3000 | 3000 | 3000 | 3000 |
| Resistenza alla flessione a 25°C | MPa | 730 | 970 | 760-830 | 850 |
| Modulo di Weibull m | – | 18 | 20 | 12 | 18 |
| Tenacità alla frattura K Ic | MPa m 1/2 | 7 | 6.2 | 6.2-6.5 | 8.5 |
| Modulo di Young | Media dei voti | 300 | 300 | 300-310 | 320 |
| Rapporto di Poisson | – | 0.26 | 0.26 | 0.26 | 0.28 |
| Durezza | Media dei voti | 15 | 15 | 15.3-15.6 | 16 |
Proprietà termiche
| Proprietà | Unità | Tipo di articolo: PCSN1000 | PCSN2000 | Tipo di articolo: PCSN3000 | Tipo di prodotto |
|---|---|---|---|---|---|
| Conduttività termica a 20°C | W/m2K | 25 | 24 | 25 | 28 |
| Parametro di shock termico R1 | E | 558 | 748 | 590-620 | 700 |
| Parametro di shock termico R2 | W/m | 14 | 18 | 15 | 19 |
| Temperatura di ebollizione 1 25°C ➞ 250°C | 10-6/K | 1.9 | 1.9 | 1.9 | 1.9 |
| Temperatura di ebollizione 1 25°C ➞ 1000°C | 10-6/K | 3.2 | 3.2 | 3.2 | 3.2 |
| Temperatura massima (inerte) 2 | °C | 1400 | 1400 | 1400 | 1400 |
| Temperatura massima (ossidante) 2 | °C | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 |
1 Il coefficiente di dilatazione termica (CTE) descrive come le dimensioni di un oggetto cambiano al variare della temperatura.
2 Nessun carico.
Proprietà elettriche
| Proprietà | Unità | Tipo di articolo: PCSN1000 | PCSN2000 | Tipo di prodotto: PCSN3000 | Tipo di prodotto: PCSN4000 |
|---|---|---|---|---|---|
| Resistività di volume a 25°C | ohm cm | 1014 | 1014 | 1014 | 1012 |
| Rigidità dielettrica DC @ 25°C | kV/mm | 19 | 19 | 19 | 19 |
| Costante dielettrica | 1MHz | 8 | 8 | 8 | 7 |
Disclaimer: I valori presentati sono medi e tipici di quelli risultanti da campioni di prova. Sono forniti solo come indicazione per servire come guida nella progettazione di componenti ceramici e non sono garantiti in alcun modo. I valori effettivi possono variare in base alla forma e alle dimensioni del componente previsto.
Schede tecniche
Nitruro di silicio
CeramaSil-N
Nitruro di silicio
Tipo di articolo: PCSN1000
Nitruro di silicio
PCSN2000
Nitruro di silicio
Tipo di prodotto: PCSN3000
Nitruro di silicio
Tipo di prodotto: PCSN4000
Lavorazione del nitruro di silicio
Il nitruro di silicio può essere lavorato in stato verde, biscotto o completamente denso. Può essere lavorato relativamente facilmente in geometrie complesse mentre è in forma verde o biscotto. Tuttavia, il processo di sinterizzazione necessario per densificare completamente il materiale fa sì che il corpo del nitruro di silicio si restringa di circa il 20%. Questo restringimento significa che è impossibile mantenere tolleranze molto strette durante la lavorazione del nitruro di silicio prima della sinterizzazione. Per ottenere tolleranze molto strette, il materiale completamente sinterizzato deve essere lavorato/rettificato con utensili diamantati. Questo processo utilizza un utensile/mola diamantata molto preciso per abradere il materiale fino a creare la forma desiderata. Questo può essere un processo lungo e costoso a causa della tenacità e durezza intrinseche del materiale.
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A differenza delle ceramiche tradizionali che tendono a essere dure e fragili, la zirconia offre elevata resistenza, resistenza all'usura e flessibilità ben superiori a quelle della maggior parte delle altre ceramiche tecniche.
Domande frequenti
-
A cosa serve il nitruro di silicio?
- Cuscinetti a sfere rotanti e cuscinetti a rulli
- Utensili da taglio
- Componenti del motore: valvole, pastiglie dei bilancieri e superfici di tenuta
- Supporti per bobina di riscaldamento a induzione
- Pale, palette e tazze della turbina
- Attrezzature per saldatura e brasatura
- Componenti dell’elemento riscaldante
- Crogioli
- Rulli e matrici per la formatura di tubi metallici
- Ugelli per saldatura TIG/Plasma
- Posizionatori di saldatura
- Alberi e assi di precisione in ambienti ad alta usura
- Guaine e tubi per termocoppie
- Apparecchiature per il processo dei semiconduttori
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Quali sono i vantaggi del nitruro di silicio?
Rispetto ad altre ceramiche tecniche, il basso coefficiente di dilatazione termica del nitruro di silicio offre una buona resistenza agli shock termici. È estremamente duro, resistente alla frattura, supera le capacità ad alta temperatura della maggior parte dei metalli e ha anche una resistenza all’ossidazione superiore. Di conseguenza, il nitruro di silicio può resistere alle condizioni più difficili nelle applicazioni ad alta temperatura e ad alto carico più esigenti.
Anche gli scienziati della NASA ne hanno riconosciuto le proprietà uniche quando i cuscinetti in nitruro di silicio sono stati utilizzati nei motori principali dello Space Shuttle. È stato identificato come uno dei pochi materiali ceramici monolitici in grado di sopravvivere al forte shock termico e ai gradienti termici generati nei motori a razzo a idrogeno/ossigeno e si è dimostrato completamente affidabile durante l’intero programma Space Shuttle.
-
Qual è la formula del nitruro di silicio?
La formula del nitruro di silicio è Si 3 N 4 .