窒化ケイ素 窒化ケイ素(Si3N4) - 板
窒化ケイ素(Si3N4) - 板
窒化ケイ素は、焼結時に収縮しない無機材料セラミックスです。
窒化ケイ素は非常に強く、特にホットプレスされた窒化ケイ素は世界で最も硬い物質の 一つとも言われています。
高強度、低密度、高温耐性などの特性を備えています。
窒化ケイ素の特性の多くはSi3N4構造によるものです。
Si3N4 は、α と β の 二つ結晶構造があり、どちらも六方晶です。
その分解温度は空気中では 1800℃、110MPa の窒素中では 1850℃ です。
Si3N4は熱膨張係数が低く、熱伝導率が高いため、耐熱衝撃性に優れています。
ホットプレスされた窒化ケイ素焼結体は、1000℃に加熱した後、冷水中に入れても壊れません。
あまり高温でなければ、Si3N4 は高い強度と耐衝撃性を備えていますが、1200 ℃を超えると使用時間が増加するにつれて損傷し、強度が低下します。
1450 ℃を超えると疲労損傷が発生しやすくなるため、Si3N4 が動作します。
通常使用MAX温度は1300℃ を超えません。
Si3N4は、密度が低く、鋼や工業用超耐熱合金鋼に比べてはるかに軽いため、高強度、低密度、高温が要求される材料に合金鋼の代替としてSi3N4 セラミックスが多く使用されております。
窒化ケイ素の製造方法：
シリコン粉末を原料として、通常の成型法により所定の形状に成形した後、窒素中1200℃の高温で予備窒化処理を行い、シリコン粉末の一部が窒素と反応してシリコンを生成します。この時点でブランク全体はすでにある程度の強度を持っています。
次に、１３５０℃〜１４５０℃の高温炉で２回目の窒化を行い、窒化シリコンを反応させます。ホットプレス焼結により、理論密度99%の窒化ケイ素を製造できます。
窒化ケイ素の用途：
1. 冶金産業では、るつぼ、マッフル炉、バーナー、発熱体固定具、鋳型、アルミニウム導管、熱電対保護スリーブ、アルミニウム電解槽ライニング、その他の熱機器コンポーネントを製造してます。
2. 機械製造業界では、高速旋削工具、ベアリング、金属部品の熱処理用サポート、ローター エンジン スクレーパー、ガス タービン ガイド ベーン、タービン ブレードを製造しています。
3. ボールバルブ、ポンプ本体、シーリングセラミックリング、フィルター、熱交換器部品、固定化触媒単体、燃焼ボート、蒸発皿として化学工業で使用されます。
4. 半導体、航空、原子力などの産業においては、スイッチング回路基板、フィルムコンデンサ、高温や急激な温度変化に耐える電気絶縁体、レーダーワイヤーカバー、ミサイル尾翼ノズル、サポート、アイソレーターなどの製造に使用されます。
5.製薬業界の人工関節として使用できます。
窒化ケイ素のメリット：
高強度・高硬度：
窒化ケイ素セラミックスはダイヤモンドに近い極めて高い硬度・強度を有し、優れた耐摩耗性・耐傷性を示し、高摩耗・高負荷環境に適しています。
優れた耐熱性：
窒化ケイ素セラミックスは、熱膨張係数が低く、熱伝導性に優れ、高温環境下でも物理的・機械的特性を維持できます。
優れた化学的安定性：
窒化ケイ素セラミックは、多くの化学媒体や酸、アルカリに対して高い耐食性を備えており、化学工業や腐食環境での用途に適しています。
優れた絶縁特性：
窒化ケイ素セラミックは優れた絶縁特性を備え、高電圧および高温に耐えることができ、誘電率と導電率が低くなります。
軽量：
多くの金属材料や他のセラミック材料と比較して、窒化ケイ素セラミックは密度が低く軽量であるため、軽量、負荷と慣性の低減が必要な用途に有利です。
窒化ケイ素のデメリット：
高価：
窒化ケイ素セラミックは、調製および加工コストが高い高性能材料であり、比較的高価です。
脆性：
窒化ケイ素セラミックは、その高い硬度と強度にもかかわらず、脆い材料でもあります。強い衝撃や曲げの力が加わると破損する場合があります。
加工難易度：
窒化ケイ素セラミックスは硬度が高く脆いため、加工時の切断、研削、成形などの作業が困難です。特別な加工技術と設備が必要です。
