Las cerámicas de nitruro de silicio, con su peso específico ligero, alta resistencia, resistencia al desgaste, excelente aislamiento eléctrico y propiedades de autolubricación, se destacan en el campo de los rodamientos cerámicos, especialmente en condiciones de trabajo extremas como alta velocidad, alta temperatura, bajo torque y La lubricación con aceite pobre, bola de nitruro de silicio como cuerpo rodante, los rodamientos cerámicos muestran un excelente potencial de aplicación. Sin embargo, las fuertes propiedades de enlace covalente del nitruro de silicio dificultan su densificación mediante sinterización en fase sólida, lo que plantea desafíos para la preparación de cerámicas de nitruro de silicio. En este artículo, se analiza el proceso de sinterización en fase líquida de cerámicas de nitruro de silicio, incluida la sinterización atmosférica, la sinterización por prensado en caliente y la sinterización a presión, y la influencia de estos procesos en la microestructura y las propiedades mecánicas de las cerámicas de nitruro de silicio.
La cerámica de nitruro de silicio es la primera opción de rodillos con rodamientos cerámicos por sus excelentes propiedades como peso ligero, alta resistencia, resistencia a la abrasión, aislamiento eléctrico y autolubricación. Los rodamientos cerámicos con bolas cerámicas de nitruro de silicio como cuerpos rodantes son particularmente adecuados para su uso en condiciones de trabajo como alta velocidad, alta temperatura, bajo par y lubricación con aceite pobre, como rodamientos de husillo motorizado de alta velocidad para máquinas herramienta de precisión, rodamientos para energía eólica y rodamientos aeroespaciales.
El nitruro de silicio es un compuesto de enlace covalente fuerte con un bajo coeficiente de autodifusión y una fuerza impulsora de sinterización insuficiente, por lo que es difícil lograr la densificación mediante una simple sinterización en fase sólida. Por lo tanto, es necesario añadir una cierta cantidad de aditivos de sinterización para completar el proceso de densificación mediante sinterización en fase líquida. El principio de la sinterización en fase líquida de cerámicas de nitruro de silicio es que los aditivos de sinterización reaccionan con el SiO2 en la superficie del polvo de nitruro de silicio para formar una fase líquida y, bajo la acción de la fase líquida, alcanza la densificación mediante el proceso de reordenamiento de partículas, solución. -precipitación y crecimiento de granos.
Los métodos de sinterización en fase líquida comúnmente utilizados de cerámicas de nitruro de silicio incluyen sinterización a presión atmosférica, sinterización por prensa en caliente y sinterización a presión de aire.
El nitruro de silicio comienza a descomponerse después de 1700 ℃, para inhibir la descomposición del nitruro de silicio, la sinterización a presión atmosférica generalmente se lleva a cabo con polvo enterrado, pero el efecto del polvo enterrado es limitado, por lo que la temperatura de sinterización a presión atmosférica no puede exceda los 1750 °C y es necesario agregar una gran cantidad de aditivos de sinterización para promover la densificación, lo que afecta seriamente el rendimiento del producto.
La sinterización por prensa en caliente consiste en lograr la densificación bajo la doble acción de la fase líquida y la presión mecánica, la temperatura de sinterización es baja y el rendimiento del producto es excelente, pero debido a la limitación del molde de grafito, solo se puede utilizar para produce productos con formas simples y la capacidad de producción es baja.
La sinterización a presión (GPS) se basa en nitrógeno a alta presión (1 ~ 10 MPa) para inhibir la descomposición del nitruro de silicio, puede aumentar la temperatura de sinterización de las cerámicas de nitruro de silicio a más de 1900 ℃, resuelve la contradicción entre la densificación y la descomposición a alta temperatura. del proceso de sinterización de cerámicas de nitruro de silicio, puede reducir la cantidad de aditivos de sinterización y mejorar el rendimiento de los productos, adecuados para la producción en masa.
En la actualidad, hay muchos informes bibliográficos sobre el efecto del proceso de sinterización neumática en la microestructura y las propiedades mecánicas de las cerámicas de nitruro de silicio.
Por ejemplo, Zhou Changling et al. utilizó polvo de β-Si3N4 como materia prima y granate de itrio y aluminio (YAG) como agente de sinterización para producir cerámicas de nitruro de silicio mediante un proceso de sinterización a presión, y descubrió que el grado de densificación y las propiedades mecánicas de las cerámicas de nitruro de silicio primero aumentaron y luego disminuyeron con el aumento de temperatura de sinterización.
Mitomo et al., utilizando polvo de α-Si3N4 y polvo de β-Si3N4 como materias primas y MgO-Y2O3 como agente de sinterización, estudiaron las diferencias en la microestructura de cerámicas de nitruro de silicio sinterizadas por presión de diferentes materias primas, y encontraron que bajo la misma En estas condiciones, la microestructura de las cerámicas de nitruro de silicio preparadas con polvo de α-Si3N4 como materia prima mostró un estado bimodal y granos gruesos de β-Si3N4. La microestructura de las cerámicas de nitruro de silicio preparadas con polvo de β-Si3N4 fue uniforme y mostró un estado unimodal.
En resumen, el proceso de preparación de cerámicas de nitruro de silicio, especialmente la tecnología de sinterización en fase líquida, tiene un efecto crucial en su microestructura y propiedades mecánicas. Al comparar las ventajas y desventajas de diferentes métodos, como la sinterización atmosférica, la sinterización por prensado en caliente y la sinterización neumática, podemos encontrar que la sinterización neumática tiene un rendimiento sobresaliente al aumentar la temperatura de sinterización, inhibir la descomposición del nitruro de silicio, reducir la cantidad de aditivos de sinterización y mejorar el rendimiento de los productos y es adecuado para la producción en masa de cerámicas de nitruro de silicio de alto rendimiento. Al mismo tiempo, la selección de diferentes materias primas y aditivos de sinterización también tiene un efecto significativo en la microestructura y las propiedades mecánicas de las cerámicas de nitruro de silicio. En el futuro, con la profundización de la investigación y el progreso continuo de la tecnología, el proceso de preparación de las cerámicas de nitruro de silicio será más perfecto y su aplicación en máquinas herramienta de precisión, energía eólica, aeroespacial y otros campos será más extensa.
