Siliciumnitridkeramik ist ein neuer Keramikwerkstoff, der aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften und Funktionen zu einem integralen Bestandteil der modernen fortgeschrittenen Wissenschaft und Technologie geworden ist. Als neues Keramikmaterial gehören Siliciumnitridkeramiken zu den Strukturkeramiken mit der herausragendsten Gesamtleistung. Sie gelten als eines der vielversprechendsten Hochtemperatur-Strukturkeramikmaterialien für zukünftige Entwicklung und Anwendungen.

• Ultrahohe Festigkeit: Siliziumnitridkeramik weist im Vergleich zu herkömmlichen Keramiken eine deutlich höhere Festigkeit auf.

• Hohe Härte: Ihre Härte erreicht HRA91-93.

• Thermische Stabilität: Sie sind bis zu Temperaturen von 1400°C oxidationsbeständig.

Ausgezeichnete Wärmebeständigkeit: Diese Keramiken können schnelle Temperaturwechsel ohne Risse oder Schäden standhalten.

Ausgezeichnete Verschleißfestigkeit: Siliziumnitridkeramik bietet überlegene Haltbarkeit gegenüber Abrieb.

• Selbstschmierende Eigenschaften: Sie zeigen eine gute Selbstschmierung und reduzieren dadurch den Bedarf an externen Schmierstoffen.

Hervorragende Isolierung: Diese Keramiken bieten eine ausgezeichnete elektrische Isolierung.

• Hohe Wärmeleitfähigkeit: Sie übertragen Wärme effizient und eignen sich daher für Hochleistungsanwendungen.

Im Vergleich zu anderen keramischen Materialien besitzen Siliziumnitridkeramiken zahlreiche überlegene Eigenschaften, wie hohe theoretische Wärmeleitfähigkeit und ausgezeichnete chemische Stabilität. Diese Eigenschaften machen sie zu einem äußerst vielversprechenden Material für die Wärmeableitung und Verpackung in Hochgeschwindigkeitskreisen und Hochleistungsgeräten. Sie sollen die Einschränkungen bestehender Substratmaterialien wie Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid überwinden und zeigen ein signifikantes Marktpotenzial in High-End-Halbleitergeräten, insbesondere als Substrate für Hochleistungs-Halbleiterkomponenten.

Siliziumnitrid-Keramiksubstrate werden aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit, hohen Festigkeit und Stabilität unter extremen Bedingungen in einer Vielzahl von Hochleistungsanwendungen eingesetzt. Diese Substrate eignen sich ideal für den Einsatz in Hochleistungselektronikgeräten, da sie eine effiziente Wärmeableitung und elektrische Isolierung bieten. Sie sind besonders wertvoll in der Halbleiterindustrie, wo sie als Basismaterialien für fortschrittliche Leistungselektronik, LEDs und andere Hochleistungskomponenten verwendet werden können. Siliziumnitridsubstrate bieten im Vergleich zu traditionellen Materialien wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid eine verbesserte Zuverlässigkeit und Langlebigkeit, was sie zu einem Schlüsselmaterial für Technologien der nächsten Generation macht.

Aufgrund der ausgezeichneten Eigenschaften von Siliziumnitridkeramik, einschließlich der Beständigkeit gegen Korrosion von Nichteisenmetallen, der Temperaturstabilität, der extrem harten Verschleißfestigkeit, der Selbstschmierung, der thermischen Schockbeständigkeit und der Beständigkeit gegen Hochtemperaturkriechen, eignen sie sich ideal für den Einsatz in verschiedenen metallurgischen Anwendungen. Dazu gehören die Herstellung von Schutzrohren für Thermoelemente zur Messung der Temperatur von geschmolzenem Aluminium, Eisenabscheideringe, Durchflussmesserabdeckungen, Zinkdurchflussmesser, Aluminiumflüssigkeitselektromagnetpumpen und Vakuumaluminiumtiegel sowie andere spezialisierte Komponenten.

Die Luft- und Raumfahrtindustrie hat sehr strenge Anforderungen an die Materialleistung. Siliziumnitrid, mit seiner hohen Temperaturfestigkeit, guter Bruchzähigkeit, hoher Härte, hoher dielektrischer Festigkeit, ausgezeichneter thermischer Schockbeständigkeit und tribologischen Eigenschaften, macht es zu einer ausgezeichneten Wahl für Luft- und Raumfahrtanwendungen. Es gewährleistet eine herausragende mechanische Zuverlässigkeit, Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit.

Lager

Aufgrund der extremen Härte, Verschleißfestigkeit und selbstschmierenden Eigenschaften von Siliziumnitridkeramik erhöhen Lager aus diesem Material die Lebensdauer erheblich im Vergleich zu herkömmlichen Lagerlegierungen und Lagerstählen. Darüber hinaus kann aufgrund des extrem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Siliziumnitridkeramik der Lagerspalt verringert werden, was sie für Ultra-Präzisionslager und Hochtemperaturlager geeignet macht. Ihre starke Korrosionsbeständigkeit macht sie auch für spezielle Lager geeignet, die in stark korrosiven Umgebungen arbeiten.

Ventile und Rohrleitungen

Traditionelle Ventile und Rohrleitungen werden aus Materialien wie Edelstahl, Nylon, Kunststoffen und Gusseisen hergestellt. Aufgrund unzureichender Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit treten jedoch häufig Probleme wie Undichtigkeiten auf, die die Effizienz des Flüssigkeitstransports erheblich beeinträchtigen. Die Verwendung von Siliziumnitridkeramik kann die Lebensdauer erheblich verlängern, Wartungszeit sparen und die Produktionskosten senken.

Keramikschneidwerkzeuge

Keramische Schneidwerkstoffe weisen eine unvergleichliche Härte, hohe chemische Stabilität und niedrige Reibungskoeffizienten auf und bieten damit umfangreiche Anwendungsaussichten im Schneidbereich. Diese Werkzeuge ermöglichen Hochgeschwindigkeitsschneiden, reduzieren die Häufigkeit des Werkzeugwechsels und minimieren dimensionsbedingte Fehler durch Werkzeugverschleiß, was signifikante Vorteile in CNC-Maschinen und Bearbeitungszentren bietet.

Siliciumnitridkeramiken, die kovalente Verbindungen sind, beruhen auf kovalenten Bindungen zwischen Atomen, was ihnen hohe Härte und Verschleißfestigkeit verleiht. Die Härte von Siliciumnitrid ist nur nach Diamant und kubischem Bornitrid die zweithöchste, und sein geringer Reibungskoeffizient und seine selbstschmierenden Eigenschaften machen es ideal für Feinschleifen. Im Vergleich zu traditionellen Schleifmedien weisen Siliciumnitrid-Keramikschleifkugeln eine höhere Härte und bessere Verschleißfestigkeit auf, was sie in Branchen wie der Herstellung von Ultrafeinpulver und Lebensmitteln überlegen macht.

Porous Siliziumnitridkeramiken weisen eine große spezifische Oberfläche, hohe Festigkeit, hervorragende thermische Schockbeständigkeit und gute chemische Stabilität auf, was sie als Katalysatorträger geeignet macht. Die Verwendung von Siliziumnitrid als Trägermaterial in Katalysatoren zur Abgasreinigung im Automobilbereich ist beispielsweise beliebt geworden. Wabenstrukturen werden häufig aus Materialien wie Cordierit, Tonerde und Siliziumnitrid hergestellt. Die Entwicklung von hoch effizienten, umweltfreundlichen porösen Keramikträgern ist derzeit ein Schwerpunkt der nationalen Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen.

Porige Siliziumnitridmaterialien haben eine hohe mechanische Festigkeit, die es ihnen ermöglicht, große Druckunterschiede standzuhalten. Sie sind auch hochtemperaturbeständig, mit ausgezeichneter thermischer Stabilität, was sie für die Hochtemperatur-Gasfiltration geeignet macht, mit Betriebstemperaturen von über 1000°C. Darüber hinaus verfügen sie über eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine hohe Filtrationseffizienz, was sie ideal für die Filterung von giftigen Gasen und die Adsorption gefährlicher Substanzen in industriellen Anwendungen macht und somit eine bedeutende Rolle bei der Reduzierung der atmosphärischen Verschmutzung spielt.

Aerospace-Kommunikationsmaterialien (Antennenradome) schützen Raumfahrzeuge vor widrigen Umweltbedingungen und gewährleisten die ordnungsgemäße Funktion von Systemen wie Kommunikation, Telemetrie, Zündern und Lenkung. Poröse Siliziumnitridkeramik weist eine niedrige Dielektrizitätskonstante, geringe Dielektrizitätsverluste, geringe Dichte, hervorragende Isolierung und gute Festigkeit auf. Diese Eigenschaften, zusammen mit ihrer langen Lebensdauer, machen Siliziumnitrid zu einem vielversprechenden Material für Luft- und Raumfahrt-Radome, mit geringerer Radarwellenabsorption im Vergleich zu anderen Keramikmaterialien.

Die Entwicklung von Keramikmotoren ist ein wichtiges Ziel der Forschung im Bereich der Hochtemperatur-Strukturkeramik und eine ihrer wichtigsten Anwendungen. Motorkomponenten arbeiten typischerweise unter extremen Bedingungen von hohen Temperaturen und hohen Geschwindigkeiten, die gewöhnliche Metalle oder Polymere nicht standhalten können. Selbst Hochtemperaturlegierungen können nur bei Temperaturen bis zu 1050°C betrieben werden und weisen eine relativ geringe Effizienz auf. Siliziumnitrid-Keramikmotoren können jedoch bei Temperaturen von 1200°C bis 1650°C betrieben werden, was die Motorleistung verbessert, die Verbrennungseffizienz erhöht und Energie spart.

Siliziumnitridkeramiken sind bekannt für ihre hervorragende Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohe Temperaturoxidationsbeständigkeit, was sie für verschiedene Komponenten wie mechanische Dichtungen, Ventile, Behälter für geschmolzenes Metall, Walzen, Hochgeschwindigkeitslager, Metallstreckmatrizen, Extrusionsmatrizen und mehr geeignet macht. Sie werden in Branchen wie Maschinenbau, Stahl, Metallurgie, Chemieingenieurwesen und Luft- und Raumfahrt weit verbreitet eingesetzt. Der Marktanteil in diesen Sektoren im Ausland ist etwa zehnmal größer als im Inlandsmarkt, der voraussichtlich 10 Milliarden Yuan erreichen wird.

Siliziumnitridkeramik wird hauptsächlich als Hochtemperatur-Struktur- und Ingenieurwerkstoffe untersucht, entwickelt und angewendet. Die jährliche inländische Nachfrage nach Nitrid-Spezialkeramik übersteigt 270.000 Tonnen, während die inländische Produktion nur etwa 100.000 Tonnen beträgt. Als Stickstoffverstärker in Baustählen kann Siliziumnitrid die umfassende Leistung von Stahl verbessern, wobei die inländische jährliche Marktnachfrage über 60.000 Tonnen liegt. Im Stahlproduktionsprozess übersteigt die Nachfrage nach feuerfesten Materialien 100.000 Tonnen. Für die Tiefenverarbeitung von Rohstoffen wie Siliziumnitridlagern, Motorgehäusen und Schneidwerkzeugen beträgt die jährliche Nachfrage etwa 60.000 Tonnen.

Insgesamt ist die inländische Marktnachfrage erheblich. Typischerweise wird für jede produzierte Tonne Stahl 1 Tonne Hartlegierungen verbraucht. Das Wachstum allein von Hartlegierungen reicht nicht aus, daher wird die Nachfrage nach Nitrid-Spezialkeramik zwangsläufig steigen. Derzeit kann der inländische Markt nur eine geringe Anzahl von einfach geformten heißgepressten Keramikwerkzeugen herstellen und kann nicht die Nachfrage nach Werkzeugen mit zentralen Löchern und Schneidrillen befriedigen, um den Bedarf des Marktes zu decken.