феросилицијум нитрид (ФеСи₃Н₄)
Хемијски састав: Произведен нитридацијом на високим{0} температурамалегура феро силицијума(обично садржи65%-75%Си) у атмосфери азота. Главна фаза је Си₃Н₄ (који чини 70%-85%), са малим количинама слободног Фе (10%-15%) и неизреагованог силицијума.
Физичка форма: Сивкасто-бели до тамно сиви прах или грануле, са густином од приближно 3,2-3,4 г/цм³ и тврдоћом од ХВ 1400-1800.
Цристал Струцтуре: Доминира -Си₃Н₄ са малом количином фазе. Елементи гвожђа су дисперговани у матрици у облику финих честица.
Силицијум нитрид (Си₃Н₄)
Хемијски састав: керамички материјал у чистој-фази са атомским односом Си:Н од 3:4 и теоретском густином од 3,18 г/цм³.
Физичка форма: Бели или светлосиви прах, који након синтеровања формира високо густо керамичко тело, тврдоће ХВ 1800-2200 (за синтерована тела).
Цристал Струцтуре: Углавном постоји у два облика: фаза (тип стабилне ниске-температуре) и фаза (тип стабилне високе- температуре). Индустријски производи прилагођавају пропорције две фазе контролисањем процеса синтеровања.
Поређење кључних својстава
| Димензија поређења | Феросилицијум нитрид, ФеСи₃Н₄ | Силицијум нитрид, Си₃Н₄ | Цоре Импацт |
|---|---|---|---|
| Основне компоненте и чистоћа | Си 65%-75%, Н 18%-22%, Фе 10%-15%, композитна фазна структура | Чистоћа Си₃Н₄ Већа или једнака 99% (индустријска класа), већа или једнака 99,9% (висока-крајња класа), чиста фаза керамике | Чистоћа одређује горњу границу перформанси; Силицијум нитрид гвожђе балансира функционалност и цену, док се силицијум нитрид фокусира на врхунске перформансе. |
| Кључна физичка својства | Топлотна проводљивост 15-30 В/(м・К), чврстоћа на савијање 300-600 МПа, тврдоћа ХВ 1400-1800 | Топлотна проводљивост 40-170 В/(м・К) (фаза до 200), чврстоћа на савијање 700-1500 МПа, тврдоћа ХВ 1800-2200 | Силицијум нитрид надмашује силицијум нитрид гвожђе у свим аспектима, посебно у високим температурама и механичкој чврстоћи. |
| Хемијска стабилност | Оксидација на 1300-1400 степени формира СиО₂ заштитни филм, отпоран на киселу и алкалну корозију (осим јаких оксиданата) | Стабилан на 1600-1700 степени, отпоран на корозију од стране већине хемијских медија, чиста фазна структура без таложења нечистоћа | Силицијум нитрид је погодан за вишу температуру и теже корозивне средине. |
| Тешкоћа процеса производње | Високо{0}}нитрирање феросилицијума (1350-1450 степени, 8-12 сати), зрео процес. | Реакционо синтеровање / синтеровање врућим пресовањем (1700-1850 степени, захтева помоћна средства за синтеровање), сложен процес | Силицијум нитридно гвожђе има велики производни капацитет (1,5 милиона тона годишње на глобалном нивоу, при чему Кина чини 65%), што обезбеђује високу стабилност снабдевања. |
Разлике у процесима припреме
Припрема заФеросилицон Нитриде
Глобални производни капацитет: приближно 1,5 милиона тона годишње, саКина чини 65%.
Припрема сировина:
Изаберите легуру феросилицијума (65%-75% Си) и здробите је на величину мању од 1 мм.
Реакција нитридације:
Introduce high-purity nitrogen (>99,99%) у вертикалну отпорну пећ, загрејати на 1350-1450 степени и реаговати 8-12 сати да би се формирала композитна фаза у којој су честице гвожђа умотане у Си₃Н₄.
Пост{0}}третман:
Након хлађења, здробите и просијајте производ и уклоните слободно гвожђе путем магнетне сепарације да бисте контролисали садржај Фе у оквиру 10%-15%.
Припрема заСилицијум Нитриде
Метода реакционог синтеровања:
Утиснути силицијум у праху у компакт, који затим реагује у азоту на 1350-1450 степени да би синтетизовао -Си₃Н₄. За згушњавање је потребно секундарно синтеровање.
Метода синтеровања врућим пресовањем:
Додајте помоћна средства за синтеровање као што су МгО и И₂О₃, и синтерујте на 1700-1850 степени под притиском од 20-30МПа да бисте добили -Си₃Н₄ високе густине.
Метода синтеровања под притиском гаса:
Sinter in high-pressure nitrogen (>1МПа) да инхибира разлагање Си₃Н₄ и произведе керамичке компоненте високе - чистоће.
Поређење основних поља апликације
Примене феросилицијум нитрида
Ватростални материјали:
Користи се у глини великих високих пећи (нпр. Баостеел-ова висока пећ од 4966м³) за побољшање отпорности на ерозију и стабилност термичког удара, смањујући флуктуацију дубине отвора за отвор за 30%.
Металургија гвожђа и челика:
Служи као замена за део ФеСи и ФеН као деоксидатор, смањујући трошкове легуре за 15%-20% у производњи ХРБ400 арматуре.
Премази{0}}отпорни на хабање:
Термички распршени ФеСи₃Н₄ премази се примењују на рударске машине, са стопом хабања 50% нижом него код традиционалног угљеничног челика.
Примене силицијум нитрида
Високо{0}}конструкцијски делови:
Користи се у лопатицама турбине аеро{0}} мотора (мотор ГЕ9Кс има Си₃Н₄ керамичке лежајеве), који могу да издрже високу температуру од 1300 степени и смање тежину за 30%.
Елецтрониц Фиелд:
Подлоге од силицијум нитрида за базне станице 5Г имају топлотну проводљивост од 170В/(м·К), са ефикасношћу одвођења топлоте двоструко већом од Ал₂О₃.
Алати за резање:
Керамички алати на бази Си₃Н₄-за обраду легура на бази никла- могу постићи брзину резања од 300м/мин, са веком трајања 5 пута дужим од цементног карбида.
Водич за избор и препоруке индустрије
Критеријуми за избор материјала
За јефтину-деоксидацију или ватросталне материјале, пожељнији је феросилицијум нитрид (његова цена је само 1/5-1/10 силицијум нитрида).
За апликације које захтевају високу-температурну чврстоћу или перформансе изолације, мора се користити силицијум нитрид (као што је у паковању полупроводника и високо{1}}лежајима за високе температуре).
Индустри Трендс
Феросилицон Нитриде:
Развија се према малом силицијуму (60% Си) и високом садржају азота (Н 20%+) како би се испунили захтеви за топљење ултра-нискоугљеничног челика.
Силицијум Нитриде:
Топлотна проводљивост се побољшава на преко 200В/(м·К) помоћу нанокристалне технологије (нпр. нано -Си₃Н₄ коју је развио Шангајски институт за керамику, Кинеска академија наука).
