Qu'est-ce qu'un matériau céramique en nitrure de silicium ?

Le nitrure de silicium est un matériau céramique structurel important. Il s’agit d’un matériau extrêmement dur doté d’un pouvoir lubrifiant et d’une résistance à l’usure inhérents. C'est un cristal atomique et un antioxydant à haute température. Il peut également résister aux chocs thermiques. Lorsqu'il est chauffé à plus de 1 000 °C dans l'air, il ne se désintègre pas même s'il est rapidement refroidi ou chauffé. C'est précisément parce que les céramiques de nitrure de silicium ont de si bonnes propriétés que les gens les utilisent souvent pour fabriquer des pièces mécaniques telles que des roulements, des aubes de turbine à gaz, des garnitures mécaniques et des pièces de moules. Si des céramiques de nitrure de silicium résistantes aux hautes températures et à la chaleur sont utilisées pour fabriquer la surface chauffante des pièces de moteur, cela peut non seulement améliorer la qualité des moteurs diesel et économiser du carburant, mais également améliorer l'efficacité thermique. Ce type de moteur diesel a été développé en Chine, aux États-Unis, au Japon et dans d’autres pays.

Le processus de préparation des produits céramiques en nitrure de silicium comprend généralement le traitement des matières premières, la synthèse de poudre, le traitement de la poudre, le moulage, le traitement du corps vert, le frittage et le traitement du corps vert en céramique.

Les types de processus de préparation des céramiques de nitrure de silicium se distinguent principalement par les méthodes et les séquences de synthèse, de moulage et de frittage.

Les méthodes de moulage courantes pour la céramique comprennent le pressage à sec, le moulage de bandes, le moulage par injection, etc. Le pressage à sec est un processus de moulage largement utilisé et l'un des processus de moulage courants pour les panneaux arrière en céramique des téléphones portables. Les coques arrière en céramique de la série Xiaomi MIX sont toutes pressées à sec. Aujourd'hui, examinons de plus près le processus de pressage à sec de la céramique.

1. Pressage à sec

Le pressage à sec, également appelé pressage à matrice, est l'une des méthodes de moulage couramment utilisées. Le pressage à sec est le processus consistant à placer de la poudre avec une bonne fluidité et une granulométrie appropriée après granulation dans la cavité du moule métallique et à appliquer une pression à travers la tête de pression. La pression La tête produit un déplacement dans la cavité du moule, transmet la pression, réorganise et déforme les particules de poudre dans la cavité du moule, puis se compacte pour former une ébauche en céramique avec résistance et forme.

2. Principe du processus et facteurs d'influence du pressage à sec

1. Principe du processus

L'essence du pressage à sec est que sous l'action d'une force externe, les particules sont proches les unes des autres dans le moule et les particules sont fermement reliées à l'aide d'un frottement interne pour conserver leur forme. Ce frottement interne agit sur la fine couche adhésive autour des particules proches les unes des autres.

À mesure que la pression augmente, les flans changeront de forme, glisseront les uns contre les autres, l'écart diminuera, le contact augmentera progressivement et adhéreront les uns aux autres. À mesure que les particules se rapprochent, l'interaction entre les molécules colloïdales et les particules se renforce et le corps vert acquiert une résistance mécanique.

2. Facteurs d'influence

Les principaux facteurs affectant le pressage à sec sont :

Propriétés de la poudre : granulométrie, répartition granulométrique, fluidité, teneur en eau, etc. ;

Sélection d'adhésifs et de lubrifiants ;

Conception de moules ;

Force de pressage, méthode de pressage, vitesse de pressage et temps de maintien pendant le processus de pressage.

En résumé, si la granulométrie du flan est appropriée, le liant est utilisé correctement et la méthode de pressage est raisonnable, la méthode de pressage à sec peut également obtenir une densité de flan relativement idéale.

Céramiques de nitrure de silicium

Le liquide pressé à chaud de poudre de nitrure de silicium de haute pureté ne rétrécit pas à 1 700 °C. Il existe trois méthodes principales de frittage du nitrure de silicium : le frittage par réaction, le frittage conventionnel et le frittage par pressage à chaud.

1. Frittage par réaction

Elle est basée sur la réaction suivante : 3Si(s) 2N2(g)=Si3N4(s) La réaction de nitruration démarre à 1100°C et chauffe progressivement jusqu'à 1420°C. L'ensemble du processus prend plusieurs jours CC. La réaction étant exothermique, la vitesse de chauffage doit être soigneusement contrôlée. Généralement, le produit obtenu en gardant au chaud en dessous de 1400°C est un mélange d'α- et β-Si3N4 avec une porosité de 15C30%.

Céramiques de nitrure de silicium

1. Frittage par réaction

Avantages : Aucun additif n'est autorisé Caractéristiques : La résistance du matériau ne sera pas réduite de manière significative à des températures élevées ; La taille et la forme du produit restent inchangées et des produits de forme complexe peuvent être fabriqués ; Pour souder deux pièces, il suffit de les relier et de les nitrurer. Dans le frittage par réaction, le facteur clé affectant la qualité du produit est le contrôle de la température de réaction. Après la méthode de chauffage en trois étapes, la température du four est augmentée au-dessus du point de fusion du silicium, ce qui est souvent appelé nitruration par surchauffe.