Aplicações da Cerâmica de Nitreto de Silício com Diferentes Processos de Sinterização
Atualmente,cerâmica de nitreto de silíciousados em vários campos são preparados principalmente por meio de sinterização de reação, sinterização por prensagem a quente, sinterização sem pressão, sinterização por pressão de gás e sinterização por prensagem isostática a quente. Diferentes processos de sinterização produzem cerâmicas de nitreto de silício com certas diferenças de desempenho, normalmente aplicadas em diferentes componentes estruturais de alta temperatura, componentes resistentes ao desgaste ou componentes resistentes à corrosão.
1、Método de sinterização de reação
A sinterização por reação envolve a reação química entre as fases sólida, líquida e gasosa dos corpos compactos da matéria-prima a uma determinada temperatura, resultando na densificação e na síntese de composições específicas para obter o corpo sinterizado desejado.
Neste processo, o pó de silício de alta pureza é misturado com um aglutinante, moldado em formas e depois submetido à atmosfera de N2 ou imerso em silício fundido, permitindo que o silício ou nitrogênio gasoso ou silício fundido no corpo reaja e produza produtos de nitreto de silício. . As cerâmicas de nitreto de silício produzidas por sinterização por reação são comuns na área de materiais refratários, utilizadas principalmente parafabricação de tubos de proteção de termopares, cadinhos para fundição de metal e bicos de foguete.
2、Método de sinterização por prensagem a quente
O pó de nitreto de silício é misturado com vários óxidos (como MgO, Al2O3, CeO2, etc.) como aditivos de sinterização. A sinterização é conduzida em temperaturas acima de 1600°C sob certas pressões, um processo conhecido como sinterização por prensagem a quente.
A vantagem da sinterização por prensagem a quente é que as propriedades mecânicas das cerâmicas Si3N4 preparadas por este método são superiores às sinterizadas por outros métodos, apresentando maior dureza, resistência e tenacidade. É comumente usado para produzir ferramentas de corte de cerâmica.
No entanto, a sinterização por prensagem a quente também apresenta desvantagens, como altos custos de produção, requisitos complexos de equipamentos de sinterização e a presença de propriedades anisotrópicas devido à pressão uniaxial durante a sinterização.
3、Método de sinterização sem pressão
A sinterização sem pressão envolve o uso de α-Si3N4 como matéria-prima sob pressão atmosférica padrão, adicionando uma certa quantidade de auxiliares de sinterização para sinterização em fase líquida. Durante a sinterização, α-Si3N4 se transforma em β-Si3N4, e a estrutura dos grãos de nitreto de silício muda de cristais equiaxiais para cristais colunares, melhorando assim as propriedades das amostras.A vantagem da sinterização sem pressão é o seu processo de preparação relativamente simples e o menor custo, resultando em cerâmicas de nitreto de silício de alto desempenho. No entanto, a desvantagem é que as amostras podem sofrer encolhimento significativo após a sinterização, levando a fissuras e deformações.
Cerâmicas de nitreto de silício preparadas por sinterização sem pressão são amplamente utilizadas emprodução de anéis de vedação, anéis de rolos na indústria metalúrgica, recipientes para transporte de metais fundidos e calhas.
4、Método de sinterização por pressão de gás
A sinterização por pressão de gás é normalmente conduzida em pressões de 1 a 10 MPa e temperaturas em torno de 2.000°C, um pouco mais altas do que outros métodos de sinterização. Mesmo com menos aditivos de sinterização, este método pode promover o crescimento de grãos de Si3N4, resultando em amostras com grãos colunares alongados, alta densidade e alta resistência.
Utilizando a sinterização sob pressão de gás, produtos com diversos formatos complexos podem ser formados e sinterizados, tendo assim aplicações mais amplas em comparação com cerâmicas de nitreto de silício preparadas por outros processos.
Além de tubos de proteção de termopares, cadinhos para fundição de metais, bicos de foguete, ferramentas de corte de cerâmica, esferas de rolamento, anéis de vedação, anéis de rolos na indústria metalúrgicae recipientes para transporte de metais fundidos, cerâmicas de nitreto de silício produzidas por sinterização sob pressão de gás também são amplamente utilizadas em vários componentes de alta temperatura e alta tensãoeunãopeças de motor de turbina eramic, como pás de estator, pás de rotor e carcaças.
5、Método de sinterização por prensagem isostática a quente (HIP)
A prensagem isostática a quente envolve a aplicação simultânea de alta temperatura e gás isotrópico de alta pressão a pós cerâmicos, compactos ou corpos pré-sinterizados para obter a densificação da sinterização.
Combinando as vantagens da prensagem a quente e da sinterização sem pressão, a prensagem isostática a quente pode produzir cerâmica de nitreto de silício com alta densidade e formatos complexos. No entanto, devido a equipamentos caros, processos de produção complexos e altos requisitos técnicos, é usado principalmente para a fabricação de produtos de nitreto de silício de alta qualidade, comoesferas de rolamento de nitreto de silício.
Além disso, as cerâmicas de nitreto de silício preparadas por prensagem isostática a quente têm aplicações potenciais significativas em campos que exigem produtos de alto desempenho, comoaplicações de micro-rolamentos em detectores infravermelhos.
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