Fördelar och nackdelar med Silicon Nitride Ceramic
Kiselnitridkeramik är ett avancerat keramiskt material som huvudsakligen består av kiselnitrid (Si3N4). Detta material har unika fysikaliska och kemiska egenskaper, vilket gör det mycket mångsidigt och allmänt använt i
olika branscher.
Fördelar med Silicon Nitride (Si3N4) Keramik
1. Hög temperaturbeständighet
Kiselnitrid (Si3N4) keramik har utmärkt motståndskraft mot hög temperatur. Den sönderdelas vid cirka 1870°C under normalt tryck och tål oxidation upp till 1400°C, med praktiska användningstemperaturer som når 1200°C (utöver vilka dess mekaniska styrka kan minska). Detta gör den idealisk för högtemperaturmiljöer som flyg, bilmotorer och andra krävande applikationer.
2. Hög hårdhet och styrka
Kiselnitridkeramik uppvisar en hårdhet som är näst efter diamant, kubisk bornitrid och kiselkarbid, som vida överträffar andra keramiska material. Dess böjhållfasthet vid rumstemperatur kan överstiga 720 MPa, jämförbart med legerat stål, och dess hållfasthet förblir stabil upp till 1200°C. Detta gör att Si3N4-keramik används ofta i ultrafina slitstarka applikationer och verktygsmaskiner.
3. Termisk stabilitet
Med en låg värmeutvidgningskoefficient och hög värmeledningsförmåga erbjuder kiselnitridkeramik utmärkt motståndskraft mot värmechock. Den tål termisk chock från rumstemperatur till 1000°C utan att spricka, vilket gör den lämplig för användning i dieselmotorers glödstift och elektriska värmeelement.
4. Korrosionsbeständighet
Si3N4 keramik är kemiskt stabil och motståndskraftig mot korrosion. Det reagerar inte med de flesta oorganiska syror, förutom fluorvätesyra. Den tål alkaliska lösningar med koncentrationer på 30 % eller mindre och är resistent mot många organiska ämnen. Dess motståndskraft mot smälta metaller, speciellt aluminium, gör att den används i stor utsträckning inom aluminiumgjutningsindustrin för komponenter som Si3N4 stigarrör, avgasningsrör och rotorer.
5. Låg densitet
Kiselnitridkeramik har en densitet som är cirka 40 % av lagerstål, vilket gör den fördelaktig för lätta applikationer. Detta bidrar till minskat slitage och förbättrar driftseffektiviteten.
6. Självsmörjande egenskaper
I förhållanden med låg olja eller torr friktion visar kiselnitridkeramik enastående prestanda när det gäller att minska friktion och slitage. Detta gör den idealisk för applikationer i tuffa smörjförhållanden, särskilt i kullager och lager tillverkade av Si3N4, som har funnits omfattande användning i extrema miljöer.
Nackdelar med Silicon Nitride (Si3N4) Keramik
1. Sprödhet
Trots att den har bättre brottseghet än många andra keramer, är kiselnitridkeramik fortfarande skör. Denna sprödhet gör den benägen att gå sönder eller splittras när den utsätts för stötar eller vibrationer, vilket begränsar dess användning i applikationer som kräver hög seghet.
2. Svårt att bearbeta
På grund av den höga hårdheten och slitstyrkan hos kiselnitrid, tillsammans med dess sprödhet, är bearbetningsprocesser som skärning och borrning utmanande efter att materialet har formats till en keramik. Detta ökar produktionskostnaderna avsevärt.
3. Låg termisk expansionskoefficient
Även om den låga termiska expansionen av kiselnitrid bidrar till dess dimensionsstabilitet och termiska chockbeständighet, kan den leda till gränssnittsspänningar i kombination med material som har en högre termisk expansionskoefficient, såsom metaller. Detta kan påverka komponenternas övergripande tillförlitlighet.
4. Dålig elektrisk ledningsförmåga
Kiselnitridkeramik är en utmärkt elektrisk isolator, som är fördelaktig i elektriska isoleringsapplikationer. Men i scenarier där elektrisk ledningsförmåga krävs blir denna egenskap en begränsning.
