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氮化硅

氮化硅

金属表面处理在许多工业中起着重要的作用。自古以来,金属制品就使用不同的处理方法。对有问题的金属或金属合金的正确处理,取决于产品的预期用途,可以帮助防锈和腐蚀,提高光泽、强度和硬度,或只是增加装饰。处理不仅可以保存金属,而且可以提高金属产品的质量和性能。

关于氮化硅(SiN)

这是一种类似陶瓷的材料,既能保存金属,又能提高耐用性。顾名思义,它是由硅和氮组成的,通常呈灰黑色,但也有一些外加剂是白色的。有几种不同的方法用于制备这种用于商业用途的材料,都是使用硅粉。确切的化学式各不相同,氮化硅很常见。

SiN的熔点高达3,452华氏度(1,900摄氏度)。氮化硅具有独特的粒状晶体结构。长晶体在SiN的微观结构中互锁,提供了卓越的强度和硬度。这也允许它采取一个非常光滑的表面高抛光。

由于氮化硅是一种非常坚硬的材料,它非常适合在高应力的机械环境中使用,比如发动机和涡轮机。氮化硅还能使金属高度耐热冲击或极端温度。

作为一种陶瓷化合物,SiN的重量相对较轻。这种组合使得制造一些非常精确的组件成为可能,这些组件能够经受住艰苦的使用和极端的温度,比如焊接或切割操作。

它还有助于延长金属的寿命,因为它的化学惰性氧化和大多数工业溶剂和污染物。

SiN涂层工艺

它通常是通过在富氮环境中将硅粉加热到高达1400摄氏度(2552华氏度)的温度来应用的。这个过程被称为RBSN(反应结合氮化硅)。

HPSN(热压氮化硅)涉及使用高压石墨模具在高温高压下应用氮化硅。这只对简单的形状有效。

烧结是通过加热将粉末物质添加到金属表面的几种不同过程的名称。然而,氮化硅处理通常是在较低的温度下进行的,因为氮往往在1850摄氏度(3362华氏度)或更高的温度下析出。高温还会导致硅粉释放出氧气,从而影响涂层的密度。

SiN可以作为一种粉末,通过与氧化镁或氧化铝等“粘合剂”(也称为烧结助剂)混合,可以直接粘合到金属表面。这就产生了一种混合物,使氮化硅具有一定的流动性,可以涂覆更复杂的表面。

另一种方法是,使用可控电脉冲将材料加热到1700摄氏度(3,092华氏度)或更高。这种技术被称为火花等离子烧结,可以帮助更精确的应用在狭小的空间。

在这两种方法中,通常预先将氮化碳压实,并且/或用其他形式的氮化物(如硼或碳化物)对金属进行预处理。其结果是一个更有效的层,改善了SiN的物理性能,特别是在高应力的应用。

即使在致密的层中,SiN在应用后通常也不会发生很大的体积变化。这通常是一个可预测的15%的减少。这使得金属制造商可以用液态的SiN单次处理复杂的形状。

氮化硅:应用与材料

由于SiN为金属组件提供了属性,因此它对各种业务需求都很有用。这包括汽车、飞机、建筑、医疗、工具和金属制造行业。它广泛用于球轴承、发动机和电动工具的表面处理,镀锡钻头和主轴比传统硬质合金如碳化钨性能更好。由于其高稳定性和耐热性,氮化硅也被用于汽车尾气排放系统,以减少污染物。

SiN通常与铁、钢、锌、铅、镍、铝、锡或由这些贱金属制成的合金一起使用。由于它的韧性和硬度,它经常被用于护套和轴承。由于它的耐热性,它可以用于窑,坩埚,或焊接喷嘴的工作其他金属。由于陶瓷也是优良的绝缘体,SiN被用于汽车或电机中,这些地方的电阻对金属部件至关重要。

从眼镜框到重型设备,任何东西的耐久性都可以用氮化硅来提高。

氮化硅的优点

晶体结构也增加了高抗断裂的金属,在锡应用。这种增加的强度在很大的温度范围内都是正确的,使其成为任何涉及高温的应用程序的一个很好的选择。

使用氮化硅的金属制品具有非常坚硬的表面。在莫氏硬度标度上,SiN的比率约为8.5。相比之下,大多数不锈钢只有6.5。因此,氮化硅非常耐摩擦磨损,甚至当涉及长时间的高转速旋转时,如工业工具和机械。

SiN作为一种表面处理也可以应用于精确的厚度和非常光滑的完成,使其理想的特定的公差也需要。

在不涉及有色金属的情况下,氮化硅陶瓷是一种很好的绝缘体,可以防止电击。这不仅提高了安全性,而且有助于限制因电线松动或损坏而对电路造成的损害。

在需要导电性的情况下,可以利用碳纳米管(CNT)来制备新型的氮化硅材料。这也允许涉及电极和电镀的应用方法。


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