실리콘 질화물 세라믹은 열역학적으로 가장 안정적인 기술 세라믹 소재 중 하나이며 경도가 높기 때문에 베어링 부품, 특히 고속 및 고온에서 작동해야 하는 부품에 이상적입니다. Si3N4 베어링 볼은 이미 자동차, 로켓 고속 엔진, 부식성 환경에서 작동하는 장비 및 일부 고성능 모델 자동차에 적용되었습니다. 강철에 비해 고성능 세라믹 볼은 고온에서 기계적 특성이 우수하고 대부분의 부식성 화학 물질에 견딜 수 있습니다.
실리콘 질화물은 로켓 엔진과 같은 고온 응용 분야에도 사용되었습니다. 수소-산소 로켓 엔진에서 발생하는 극심한 열 충격과 열 구배를 견딜 수 있는 몇 안 되는 모놀리식 세라믹 소재 중 하나로 여겨졌기 때문입니다.
실리콘 질화물 세라믹의 종류
실리콘 질화물 세라믹은 여러 가지 유형으로 제공되며, 각기 다른 제조 방법을 사용하여 생산되므로 특성과 응용 분야가 다양합니다. 주요 유형은 다음과 같습니다:
반응 결합 실리콘 질화물(RBSN):
실리콘 컴팩트를 약 1450°C에서 질화시켜 만듭니다.
Si₃N₄는 컴팩트의 다공성에서 성장하여 치수 변화가 최소화됩니다.
그물에 가까운 형상 제작이 가능하여 값비싼 연삭의 필요성을 줄여줍니다.
다공성을 포함하고 있어 다른 유형에 비해 기계적 특성이 낮습니다.
생산 비용이 상대적으로 저렴합니다.
적용 분야: 가마 가구.
열간 압착 실리콘 질화물(HPSN):
절삭 공구로 활용.
다이아몬드 연삭이 필요하기 때문에 형상이 단순합니다.
더 비싸고 대부분 SSN으로 대체됨.
소결 반응 결합 실리콘 질화물(SRBSN):
RBSN의 최종 다공성을 줄여 기계적 특성을 개선하려는 시도입니다.
최근에는 균열을 편향시키는 실리콘 질화물 입자의 성장으로 인해 인성과 내충격성이 개선된 것으로 나타났습니다.
가스 압력 소결 실리콘 질화물(GPSN):
1~10MPA 압력 및 약 2000℃에서 얻습니다.
높은 질소 압력은 질화규소의 열분해를 억제하고 Si3N4 입자의 성장을 촉진하여 밀도 99%를 초과하는 고인성 세라믹을 얻을 수 있습니다.
GPSN은 고인성, 고강도, 우수한 내마모성을 가지고 있으며, 가공 성능이 우수하고 원하는 형상으로 직접 가공할 수 있어 생산 비용과 가공 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
소결 실리콘 질화물(SSN):
약 1750°C의 질소 분위기에서 무압 소결하여 치밀화.
치밀화를 돕기 위해 산화 이트륨, 산화 마그네슘, 산화 알루미늄과 같은 소결 첨가제를 사용합니다.
실리콘 질화물에 가장 적합한 기계적 특성을 제공합니다.
산업용 애플리케이션에서 가장 널리 사용됩니다.
응용 분야: 용융 금속 취급, 산업용 마모, 금속 성형, 석유 및 가스 산업, 화학 및 공정 산업.
실리콘 질화물의 특성
높은 강도: 고온에서도 강도를 유지합니다.
경도: 매우 단단한 소재(모스 척도 8.5).
인성: 골절과 마모에 강합니다.
열 안정성: 열충격에 대한 저항성이 뛰어나며 고온에서도 치수 안정성을 유지합니다.
화학적 불활성: 화학적으로 비교적 불활성이어서 대부분의 산과 알칼리의 공격에 저항합니다.
낮은 밀도: 밀도가 약 3.2g/cm³인 경량 소재.
전기 절연: 전기 절연성이 우수합니다.
실리콘 질화물의 응용 분야
실리콘 질화물은 고유한 특성으로 인해 다양한 까다로운 응용 분야에 적합합니다:
자동차 산업: 예열 플러그, 로커 암, 터보차저 로터와 같은 엔진 부품에 사용됩니다.
항공우주: 고온 강도와 열충격 저항성이 요구되는 부품.
산업용 마모 부품: 베어링, 씰, 절삭 공구.
용융 금속 취급: 열전대 피복 및 도가니.
전자 제품: 기판 및 절연체.
의료: 수술 기구 및 치과 임플란트.
실리콘 질화물 분말
고순도 실리콘 질화물 분말은 순도, 제어된 형태 및 결정상으로 잘 알려진 이미드 분해 공정을 사용하여 생산됩니다. 특정 응용 분야 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 입자 크기와 분포를 가진 다양한 등급의 분말을 사용할 수 있습니다.
결정 구조
실리콘 질화물은 α, β, γ상의 세 가지 주요 결정 구조로 존재합니다. α상과 β상은 가장 일반적이며 상압 조건에서 생산할 수 있는 반면 γ상은 고압과 온도에서 합성됩니다.α- 및 β-Si₃N₄은 각각 모서리 공유 SiN₄ 사면체로 구성된 삼각형 및 육각형 구조를 가집니다.
실리콘 질화물 제품
분말, 부품, 맞춤형 부품 등 다양한 실리콘 질화물 제품을 사용할 수 있습니다. 이러한 제품은 여러 산업 분야의 다양한 애플리케이션의 특정 요구 사항을 충족하도록 맞춤 제작됩니다.
