Ferrosilīcija nitrīds (FeSi₃N4)
Ķīmiskais sastāvs: ražots, nitridējot augstā temperatūrā-dzelzs silīcija sakausējums(parasti satur65%-75%Si) slāpekļa atmosfērā. Galvenā fāze ir Si₃N4 (70%-85%), ar nelielu daudzumu brīva Fe (10%-15%) un neizreaģējušu silīciju.
Fiziskā forma: pelēcīgi-balts līdz tumši pelēks pulveris vai granulas ar blīvumu aptuveni 3,2–3,4 g/cm³ un cietību HV 1400–1800.
Kristāla struktūra: dominē -Si₃N₄ ar nelielu fāzes daudzumu. Dzelzs elementi ir izkliedēti matricā smalku daļiņu veidā.
Silīcija nitrīds (Si₃N4)
Ķīmiskais sastāvs: tīras -fāzes keramikas materiāls ar Si:N atomu attiecību 3:4 un teorētisko blīvumu 3,18 g/cm³.
Fiziskā forma: Balts vai gaiši pelēks pulveris, kas pēc saķepināšanas veido ļoti blīvu keramikas korpusu ar cietību HV 1800-2200 (saķepinātiem korpusiem).
Kristāla struktūra: galvenokārt pastāv divos veidos: fāze (stabils zemas-temperatūras tips) un fāze (augstas-temperatūras stabils tips). Rūpnieciskie izstrādājumi pielāgo abu fāžu proporciju, kontrolējot saķepināšanas procesu.
Galveno īpašību salīdzinājums
| Salīdzināšanas dimensija | Ferrosilīcija nitrīds, FeSi₃N4 | Silīcija nitrīds, Si₃N4 | Galvenā ietekme |
|---|---|---|---|
| Galvenās sastāvdaļas un tīrība | Si 65%-75%, N 18%-22%, Fe 10%-15%, kompozīta fāzes struktūra | Si₃N₄ tīrība ir lielāka vai vienāda ar 99% (rūpnieciskā klase), lielāka vai vienāda ar 99,9% (augsta -gala pakāpe), tīras fāzes keramika | Tīrība nosaka veiktspējas augšējo robežu; silīcija nitrīda dzelzs līdzsvaro funkcionalitāti un izmaksas, savukārt silīcija nitrīds koncentrējas uz izcilu veiktspēju. |
| Galvenās fiziskās īpašības | Siltumvadītspēja 15-30 W/(m・K), lieces izturība 300-600 MPa, cietība HV 1400-1800 | Siltumvadītspēja 40-170 W/(m・K) (fāze līdz 200), lieces izturība 700-1500 MPa, cietība HV 1800-2200 | Silīcija nitrīds visos aspektos pārspēj silīcija nitrīda dzelzi, īpaši augstā temperatūrā un mehāniskajā stiprībā. |
| Ķīmiskā stabilitāte | Oksidējot 1300-1400 grādu temperatūrā, veidojas SiO₂ aizsargplēve, kas ir izturīga pret skābju un sārmu koroziju (izņemot spēcīgus oksidētājus) | Stabils pie 1600-1700 grādiem, izturīgs pret koroziju, ko rada lielākā daļa ķīmisko vielu, tīra fāzes struktūra bez piemaisījumu nokrišņiem | Silīcija nitrīds ir piemērots augstākas temperatūras un smagākas korozijas vidēm. |
| Ražošanas procesa grūtības | Ferosilīcija nitrēšana augstā-temperatūrā (1350-1450 grādi, 8-12 stundas), nobriedis process. | Reakcijas saķepināšana / karstās presēšanas saķepināšana (1700-1850 grādi, nepieciešami saķepināšanas palīglīdzekļi), sarežģīts process | Silīcija nitrīda dzelzs ir liela ražošanas jauda (1,5 miljoni tonnu gadā visā pasaulē, Ķīna veido 65%), nodrošinot augstu piegādes stabilitāti. |
Atšķirības sagatavošanas procesos
SagatavošanaFerrosilīcija nitrīds
Globālā ražošanas jauda: aptuveni 1,5 miljoni tonnu gadā, arĶīna veido 65%.
Izejvielu sagatavošana:
Izvēlieties ferosilīcija sakausējumu (65%-75% Si) un sasmalciniet to līdz izmēram, kas mazāks par 1 mm.
Nitridēšanas reakcija:
Introduce high-purity nitrogen (>99,99%) vertikālās pretestības krāsnī, uzkarsē līdz 1350-1450 grādiem un reaģē 8-12 stundas, veidojot saliktu fāzi, kurā dzelzs daļiņas tiek ietītas Si₃N4.
Pēc-ārstēšanas:
Pēc atdzesēšanas produktu sasmalciniet un sijājiet un ar magnētisko atdalīšanu noņemiet brīvo dzelzi, lai kontrolētu Fe saturu 10–15% robežās.
SagatavošanaSilīcija nitrīds
Reakcijas saķepināšanas metode:
Iespiediet silīcija pulveri kompaktā traukā, kas pēc tam reaģē slāpeklī pie 1350-1450 grādiem, lai sintezētu -Si₃N4. Blīvēšanai nepieciešama sekundārā saķepināšana.
Karstās presēšanas saķepināšanas metode:
Pievienojiet saķepināšanas palīglīdzekļus, piemēram, MgO un Y₂O3, un saķepiniet 1700-1850 grādu temperatūrā ar spiedienu 20-30 MPa, lai iegūtu augsta blīvuma -Si₃N4.
Gāzes spiediena saķepināšanas metode:
Sinter in high-pressure nitrogen (>1MPa), lai kavētu Si₃N₄ sadalīšanos un ražotu augstas -tīrības keramikas komponentus.
Lietojumprogrammu pamatlauku salīdzinājums
Ferrosilīcija nitrīda pielietojumi
Ugunsizturīgie materiāli:
Izmanto lielu domnu (piem., Baosteel's 4966m³ domnā), lai uzlabotu izturību pret eroziju un termiskā trieciena stabilitāti, samazinot caurumu dziļuma svārstības par 30%.
Dzelzs un tērauda metalurģija:
Kalpo kā aizvietotājs daļai FeSi un FeN kā deoksidētājs, samazinot sakausējuma izmaksas par 15%-20% HRB400 armatūras stieņu ražošanā.
Nodiluma{0}}izturīgi pārklājumi:
Termiski izsmidzināti FeSi₃N₄ pārklājumi tiek uzklāti kalnrūpniecības iekārtām, un to nodiluma pakāpe ir par 50% zemāka nekā tradicionālajam oglekļa tēraudam.
Silīcija nitrīda pielietojumi
Augstas{0}}temperatūras konstrukcijas daļas:
Izmanto aero-dzinēju turbīnu lāpstiņās (GE9X dzinējam ir Si₃N₄ keramikas gultņi), kas var izturēt 1300 grādu augstu temperatūru un samazināt svaru par 30%.
Elektroniskais lauks:
Silīcija nitrīda substrātu 5G bāzes stacijām siltumvadītspēja ir 170 W/(m·K), un siltuma izkliedes efektivitāte ir divreiz lielāka nekā Al2O3.
Griešanas instrumenti:
Keramikas instrumenti uz Si₃N₄- bāzes niķeļa- sakausējumu apstrādei var sasniegt 300 m/min griešanas ātrumu, un to kalpošanas laiks ir 5 reizes ilgāks par cementēta karbīda kalpošanas laiku.
Atlases rokasgrāmata un nozares ieteikumi
Materiālu izvēles kritēriji
Zemu -deoksidācijas vai ugunsizturīgu materiālu gadījumā priekšroka tiek dota ferosilīcija nitrīdam (tā izmaksas ir tikai 1/5–1/10 silīcija nitrīda).
Lietojumprogrammām, kurām nepieciešama augsta -temperatūras izturība vai izolācijas veiktspēja, ir jāizmanto silīcija nitrīds (piemēram, pusvadītāju iepakojumos un augstas temperatūras gultņos).
Nozares tendences
Ferrosilīcija nitrīds:
Attīstās uz zemu silīcija (60% Si) un augstu slāpekļa saturu (N 20%+), lai atbilstu īpaši -zema oglekļa satura tērauda kausēšanas prasībām.
Silīcija nitrīds:
Siltumvadītspēja tiek uzlabota līdz vairāk nekā 200 W/(m·K), izmantojot nanokristālisko tehnoloģiju (piemēram, nano -Si₃N₄, ko izstrādājis Ķīnas Zinātņu akadēmijas Šanhajas Keramikas institūts).
