Ferosilicio nitridas (FeSi₃N4)
Cheminė sudėtis: Pagaminta aukštos{0}}temperatūrinės nitridacijos būdugeležies silicio lydinys(paprastai turintis65%-75%Si) azoto atmosferoje. Pagrindinė fazė yra Si₃N4 (sudaro 70–85 %), su nedideliais kiekiais laisvo Fe (10–15 %) ir nesureagavusio silicio.
Fizinė forma: nuo pilkšvai-baltų iki tamsiai pilkų miltelių arba granulių, kurių tankis yra maždaug 3,2–3,4 g/cm³, o kietumas HV 1400–1800.
Kristalinė struktūra: Dominuoja -Si₃N₄ su nedideliu fazės kiekiu. Geležies elementai yra išsklaidyti matricoje smulkių dalelių pavidalu.
Silicio nitridas (Si₃N4)
Cheminė sudėtis: gryna{0}}fazinė keramikos medžiaga, kurios Si:N atominis santykis yra 3:4, o teorinis tankis 3,18 g/cm³.
Fizinė forma: Balti arba šviesiai pilki milteliai, kurie po sukepinimo sudaro labai tankų keraminį korpusą, kurio kietumas HV 1800-2200 (sukepintiems korpusams).
Kristalinė struktūra: dažniausiai būna dviejų formų: fazė (žemos-temperatūrinės stabilios rūšies) ir fazės (aukštos-temperatūrinės stabilios rūšies). Pramoniniai gaminiai reguliuoja dviejų fazių proporcijas, valdydami sukepinimo procesą.
Pagrindinių savybių palyginimas
| Palyginimo matmenys | Ferosilicio nitridas, FeSi₃N4 | Silicio nitridas, Si3N4 | Pagrindinis poveikis |
|---|---|---|---|
| Pagrindiniai komponentai ir grynumas | Si 65% -75%, N 18% -22%, Fe 10% -15%, sudėtinė fazinė struktūra | Si₃N₄ grynumas didesnis arba lygus 99 % (pramoninė klasė), didesnis arba lygus 99,9 % (aukšta -galutinė klasė), grynos fazės keramika | Grynumas nustato viršutinę veikimo ribą; Silicio nitrido geležis subalansuoja funkcionalumą ir kainą, o silicio nitridas sutelkia dėmesį į aukščiausią našumą. |
| Pagrindinės fizinės savybės | Šilumos laidumas 15-30 W/(m・K), stipris lenkiant 300-600 MPa, kietumas HV 1400-1800 | Šilumos laidumas 40-170 W/(m・K) (fazė iki 200), stipris lenkiant 700-1500 MPa, kietumas HV 1800-2200 | Silicio nitridas visais aspektais lenkia silicio nitrido geležį, ypač aukštoje temperatūroje ir mechaniniu stiprumu. |
| Cheminis stabilumas | Oksiduojant 1300-1400 laipsnių temperatūroje susidaro apsauginė SiO₂ plėvelė, atspari rūgščių ir šarmų korozijai (išskyrus stiprius oksidatorius) | Stabilus 1600-1700 laipsnių temperatūroje, atsparus daugelio cheminių terpių korozijai, gryna fazinė struktūra be priemaišų kritulių | Silicio nitridas tinka aukštesnės temperatūros ir sunkesnės korozijos aplinkoje. |
| Gamybos proceso sunkumas | Aukštos{0}}ferosilicio azotavimas (1350–1450 laipsnių, 8–12 valandų), brandus procesas. | Reakcinis sukepinimas / karšto presavimo sukepinimas (1700-1850 laipsnių, reikalingos pagalbinės sukepinimo priemonės), sudėtingas procesas | Silicio nitrido geležies gamybos pajėgumai yra dideli (1,5 mln. tonų per metus visame pasaulyje, o Kinija sudaro 65%), todėl užtikrinamas didelis tiekimo stabilumas. |
Paruošimo procesų skirtumai
ParuošimasFerosilicio nitridas
Pasaulinis gamybos pajėgumas: apie 1,5 mln. tonų per metus, suKinijai tenka 65 proc..
Žaliavos paruošimas:
Pasirinkite ferosilicio lydinį (65–75 % Si) ir susmulkinkite iki mažesnio nei 1 mm dydžio.
Nitridavimo reakcija:
Introduce high-purity nitrogen (>99,99%) į vertikalios varžos krosnį, įkaitinkite iki 1350-1450 laipsnių ir reaguokite 8-12 valandų, kad susidarytų sudėtinė fazė, kurioje geležies dalelės yra suvyniotos į Si3N4.
po{0}}gydymo:
Atvėsusį produktą susmulkinkite ir filtruokite, o laisvąją geležį pašalinkite magnetiniu atskyrimu, kad Fe kiekis būtų 10–15%.
ParuošimasSilicio nitridas
Reakcinio sukepinimo metodas:
Suspauskite silicio miltelius į kompaktinę plokštelę, kuri reaguoja azotu 1350{1}}1450 laipsnių temperatūroje ir susintetina -Si₃N4. Sutankinimui reikalingas antrinis sukepinimas.
Karšto presavimo sukepinimo metodas:
Pridėkite sukepinimo priemonių, tokių kaip MgO ir Y₂O3, ir sukepinkite 1700{2}}1850 laipsnių temperatūroje, esant 20-30 MPa slėgiui, kad gautumėte didelio tankio -Si₃N4.
Dujų slėgio sukepinimo metodas:
Sinter in high-pressure nitrogen (>1 MPa), kad būtų slopinamas Si₃N4 skilimas ir gaminami didelio -grynumo keramikos komponentai.
Pagrindinių taikymo laukų palyginimas
Ferosilicio nitrido panaudojimas
Ugniai atsparios medžiagos:
Naudojamas didelių aukštakrosnių (pvz., „Baosteel“ 4966 m³ aukštakrosnių) sriegio molyje, siekiant pagerinti atsparumą erozijai ir stabilumą šiluminiam smūgiui, sumažinant sriegio skylės gylio svyravimus 30%.
Geležies ir plieno metalurgija:
Naudojamas kaip dalies FeSi ir FeN pakaitalas kaip deoksidatorius, sumažinantis lydinio sąnaudas 15–20 % gaminant HRB400 armatūros strypus.
Dėvėjimui{0}}atsparios dangos:
Termiškai purškiamos FeSi₃N₄ dangos dedamos ant kasybos mašinų, kurių susidėvėjimo greitis yra 50 % mažesnis nei tradicinio anglinio plieno.
Silicio nitrido panaudojimas
Aukštos{0}}temperatūrinės konstrukcinės dalys:
Naudojamas aero{0}}variklio turbinų mentėse (GE9X variklyje naudojami Si₃N₄ keraminiai guoliai), kurie gali atlaikyti aukštą 1300 laipsnių temperatūrą ir sumažinti svorį 30%.
Elektroninis laukas:
5G bazinių stočių silicio nitrido substratų šilumos laidumas yra 170 W/(m·K), o šilumos išsklaidymo efektyvumas yra du kartus didesnis nei Al2O3.
Pjovimo įrankiai:
Si₃N₄-pagrindo keraminiai įrankiai, skirti nikelio- lydiniams apdoroti, gali pasiekti 300 m/min pjovimo greitį, o jų tarnavimo laikas 5 kartus ilgesnis nei cementuoto karbido.
Atrankos vadovas ir pramonės rekomendacijos
Medžiagos atrankos kriterijai
Nebrangioms -deoksidacinėms ar ugniai atsparioms medžiagoms pirmenybė teikiama ferosilicio nitridui (jo kaina yra tik 1/5–1/10 silicio nitrido).
Tais atvejais, kai reikalingas aukštas-temperatūrinis stiprumas arba izoliacija, turi būti naudojamas silicio nitridas (pvz., puslaidininkių pakuotėse ir aukštos temperatūros guoliuose).
Pramonės tendencijos
Ferosilicio nitridas:
Kuriama link mažo silicio (60 % Si) ir daug azoto (N 20 %+), kad atitiktų itin -mažai anglies turinčio plieno lydymosi reikalavimus.
Silicio nitridas:
Naudojant nanokristalinę technologiją (pvz., nano -Si₃N₄, kurią sukūrė Kinijos mokslų akademijos Šanchajaus keramikos institutas), šilumos laidumas pagerinamas iki daugiau nei 200 W/(m·K).
