Dengan pengembangan manufaktur mesin menuju lembar keramik alumina presisi tinggi dan kecepatan tinggi, ruang lingkup aplikasi bantalan menjadi lebih luas dan lebih luas, dan persyaratan untuk kinerja bantalan menjadi lebih tinggi dan lebih tinggi. Terutama di beberapa lingkungan kerja khusus, bantalan logam tidak dapat memenuhi kebutuhan, atau bahkan bekerja sepenuhnya. Bahan keramik telah menjadi bahan yang ideal untuk bantalan presisi manufaktur berkecepatan tinggi karena kepadatannya yang rendah, modulus elastis tinggi, koefisien ekspansi linier kecil, ketahanan aus, ketahanan suhu tinggi, ketahanan korosi dan sifat-sifat lain yang sangat baik.
1. Keuntungan dan Karakteristik Keramik Silikon Nitrida
Meskipun silikon nitrida bukan yang paling sulit dan terberat dalam keramik industri, ini dianggap memiliki sifat mekanik dan fisik terbaik dalam menanggung aplikasi yang membutuhkan kinerja tinggi. Sekarang mari kita lihat keuntungan silikon nitrida dibandingkan dengan bahan bantalan lainnya.
Perbandingan kinerja lima bahan bar keramik alumina bantalan
Ketahanan panas
Secara umum, ketika suhu layanan bantalan baja melebihi 120 ℃, kekerasan dan kehidupan bergulir akan berkurang. Silikon nitrida memiliki karakteristik suhu yang baik, terutama cocok untuk lingkungan suhu tinggi.
gaya sentrifugal
Kepadatan silikon nitrida adalah sekitar 3,24 × 103kg/m3, sedangkan kepadatan baja bantalan sekitar 7,8 × 103 kg/m3, yang hanya sekitar 40% dari kepadatan baja bantalan, jadi ketika elemen rolling menggunakan bantalan, Bantalan dapat menahan peningkatan beban elemen bergulir yang disebabkan oleh gaya sentrifugal saat berputar pada kecepatan tinggi.
Koefisien ekspansi linier
Koefisien ekspansi linier silikon nitrida adalah sekitar 1/4 dari baja bantalan, sehingga ukuran perubahan dengan suhu kecil, sehingga bermanfaat untuk digunakan di lingkungan dengan perubahan suhu yang besar.
Kekerasan, koefisien elastisitas, rasio Poisson
Karena koefisien elastis silikon nitrida adalah sekitar 1,5 kali lipat baja bantalan, deformasi elastis beban relatif kecil dan kekakuan beban relatif tinggi.
Resistensi korosi, non-magnetik, isolasi
Ketika bantalan baja digunakan untuk mesin yang digunakan dalam peralatan mesin kimia, makanan, laut dan departemen lainnya, korosi adalah masalah. Dalam lingkungan magnetik yang kuat, ketika bantalan baja digunakan, bubuk halus yang dikenakan dari bantalan itu sendiri diadsorpsi antara elemen bergulir dan permukaan bergulir, yang akan menjadi alasan utama kerusakan spalling bantalan prematur dan peningkatan kebisingan.
2. Persiapan bantalan keramik nitrida silikon
Proses persiapan silikon nitrida keramik keramik ceramic plunger bantalan
Persiapan bubuk keramik silikon nitrida
Bubuk silikon nitrida untuk bagian bantalan harus memiliki karakteristik penting berikut: kemurnian tinggi; Partikel yang sangat seragam dan halus; α konten fase tinggi. Metode yang paling cocok untuk menyiapkan bubuk silikon nitrida adalah metode nitridasi reduksi karbotermal, dengan rumus reaksi 3SIO2+6C+2N2 = Si3N4+6CO. Bubuk yang diperoleh dengan metode ini memiliki lebih sedikit kotoran logam, kemurnian tinggi dan partikel halus, α kandungan fase tinggi, memenuhi persyaratan bahan untuk bagian bantalan.
Pembentukan bagian terkait keramik silikon nitrida
Ada banyak metode persiapan dari bagian -bagian terkait keramik silikon nitrida yang terkait, seperti sintering reaksi, sintering yang menekan panas, sintering tanpa tekanan dan sintering reaksi sekunder. Untuk mendapatkan bahan nitrida silikon yang sepenuhnya padat, metode penekan isostatik panas sangat ideal.
Pemesinan bagian terkait keramik silikon nitrida
Pemesinan bagian terkait keramik silikon nitrida yang pada dasarnya mirip dengan bagian baja bantalan, dan mekanisme penggilingan pada dasarnya sama. Namun, karena perbedaan besar antara berbagai sifat silikon nitrida dan baja, ada perbedaan besar dalam alat penggilingan, faktor pemrosesan, campuran penggilingan, dll. Dalam pemrosesan mekanis, dan persyaratan keramik zirkonia setiap proses untuk ukuran partikel, jenis jenis , bentuk, kuantitas, kekuatan, karakteristik penghancuran, karakteristik keausan, dll. dari abrasive berbeda. Saat ini, abrasif yang digunakan terutama termasuk silikon karbida, boron karbida, bubuk berlian, dll.
Perakitan bantalan keramik nitrida silikon
Secara umum, bantalan bergulir terdiri dari empat bagian utama, yaitu cincin luar, cincin dalam, elemen bergulir dan kandang. Karena ada sepuluh kategori bantalan bergulir, berbagai jenis bantalan mengadopsi berbagai bentuk kandang, sehingga metode perakitan bantalan juga berbeda.
Bantalan keramik silikon nitrida, sebagai komponen dasar mekanis yang penting, memimpin jalan di dunia material baru karena karakteristiknya yang sangat baik yang tidak dapat ditandingi oleh bantalan lain. Dalam beberapa tahun terakhir, di bidang kedirgantaraan, navigasi, industri nuklir, minyak bumi, industri kimia, industri tekstil ringan, mesin, metalurgi, tenaga listrik, makanan, lokomotif, kereta bawah tanah, peralatan mesin berkecepatan tinggi, penelitian ilmiah, pertahanan dan teknologi militer , dll., Bantalan keramik nitrida silikon semakin diakui sebagai pengganti yang sangat diperlukan dalam kondisi kerja khusus seperti suhu tinggi, kecepatan tinggi, dingin dalam, mudah terbakar, eksplosif, korosi yang kuat, vakum, insulasi listrik, gesekan non-magnetik, kering, dll.
Karakteristik Substrat Keramik Silikon Nitrida:
Dengan miniaturisasi peralatan elektronik berkinerja tinggi dan komponennya, disipasi panas telah menjadi faktor kunci yang mempengaruhi kinerja dan keandalan. Karena fluks panas yang tinggi akan menyebabkan degradasi kinerja dan kehidupan yang lebih pendek, di antara berbagai teknologi disipasi panas, sistem radiator adalah bagian keramik zirkonia yang berguna dan nyaman untuk miniaturisasi, karena dapat menjadi bagian dari sistem kemasan mikroelektronik.
Substrat Keramik LED
Seperti yang kita semua tahu, panas yang dihasilkan selama pengoperasian perangkat semikonduktor adalah faktor kunci yang menyebabkan kegagalan perangkat semikonduktor, dan konduktivitas termal dari substrat isolasi listrik adalah kunci untuk disipasi panas dari seluruh perangkat semikonduktor. Radiator terdiri dari lapisan sirkuit logam dan substrat keramik, seperti aluminium nitrida, silikon nitrida, silikon karbida dan aluminium oksida. Di antara substrat keramik ini, silikon nitrida dianggap menjanjikan karena konduktivitas termal yang sangat baik (60-90W/mK), kekuatan mekanik tinggi (650-850 MPa) dan koefisien ekspansi rendah. Faktanya, substrat keramik silikon nitrida biasanya disimpan pada substrat melalui proses tembaga ikatan langsung (DBC) dan pelapisan tembaga langsung (DPC). DBC mencapai peningkatan adhesi dengan menafsirkan mekanis antara film logam yang diendapkan pada suhu tinggi dan substrat, sementara DPC mencapai peningkatan adhesi dengan membentuk lapisan benih dengan deposisi vakum.
Selain itu, karena lingkungan mekanik yang kompleks seperti turbulensi dan getaran, bahan substrat dengan keandalan mekanis tertentu juga diperlukan. Substrat keramik silikon nitrida relatif seimbang dalam semua aspek dan merupakan bahan keramik struktural dengan kinerja komprehensif terbaik. Oleh karena itu, silikon nitrida memiliki daya saing yang kuat di bidang substrat keramik manufaktur untuk perangkat elektronik.
Substrat Keramik Aluminium Nitride
Di masa lalu, substrat sirkuit adalah bahan planar yang terdiri dari komponen diskrit atau sirkuit terintegrasi dan komponen diskrit untuk memenuhi persyaratan fungsional dari keseluruhan sirkuit. Ini hanya membutuhkan isolasi dan konduktivitas listrik. Setelah memasuki era informasi yang cerdas, peralatan elektronik daya juga diperlukan untuk dapat mengkonversi dan mengendalikan energi listrik, yang sangat meningkatkan kontrol listrik dan persyaratan kinerja konversi daya dari peralatan serta konsumsi daya operasi. Dengan demikian, substrat umum tidak lagi dapat memenuhi persyaratan tinggi untuk mengurangi resistansi termal perangkat daya yang kompleks, mengendalikan suhu kerja dan memastikan keandalan, dan substrat keramik dengan kinerja yang lebih baik harus diganti.
Menurut persyaratan kinerja perangkat elektronik pada substrat keramik, bahan substrat harus memiliki sifat berikut:
1. Insulasi yang baik dan ketahanan flensa keramik listrik yang baik;
2. Konduktivitas termal yang tinggi: Konduktivitas termal secara langsung mempengaruhi kondisi kerja dan masa pakai semikonduktor. Bidang suhu yang tidak merata yang disebabkan oleh disipasi panas yang buruk juga akan sangat meningkatkan kebisingan perangkat elektronik;
3. Koefisien ekspansi termal cocok dengan bahan lain yang digunakan dalam paket;
4. Karakteristik frekuensi tinggi, konstanta dielektrik rendah, kehilangan dielektrik rendah;
5. Permukaannya halus dan ketebalannya seragam, yang nyaman untuk mencetak sirkuit pada permukaan substrat dan memastikan ketebalan seragam sirkuit yang dicetak;
Substrat Keramik
Saat ini, bahan substrat keramik yang paling banyak digunakan terutama adalah aluminium oksida dan aluminium nitrida. Bagaimana silikon nitrida dibandingkan dengan kinerjanya? Tabel berikut menunjukkan bahwa tiga bahan substrat keramik memiliki keunggulan yang jelas, terutama ketahanan suhu tinggi dari bahan substrat keramik silikon nitrida dalam kondisi suhu tinggi, inertness kimia terhadap logam, kekerasan ultra-tinggi, ketangguhan fraktur dan sifat mekanik lainnya.
Karena silikon nitrida sangat baik, mengapa masih jarang digunakan di pasar? Dimana peluang pengembangannya?
Bahkan, masing -masing dari tiga bahan memiliki kelebihan dan kekurangannya. Sebagai contoh, meskipun konduktivitas termal aluminium oksida buruk dan tidak dapat mengikuti tren pengembangan semikonduktor daya tinggi, proses pembuatannya matang dan biayanya rendah, sehingga masih ada permintaan besar di bidang low-end . Konduktivitas termal aluminium nitrida paling cocok dengan bahan semikonduktor. Ini dapat digunakan dalam industri kelas atas, tetapi kinerja mekanisnya buruk, mempengaruhi kehidupan perangkat semikonduktor, dan biaya penggunaannya tinggi. Silikon nitrida adalah yang terbaik dalam kinerja komprehensif, tetapi ambang pintu masuk tinggi.
Saat ini, banyak lembaga penelitian ilmiah domestik dan perusahaan belajar, tetapi teknologinya sulit, biaya produksinya tinggi, pasar kecil, dan aplikasi skala besar belum muncul. Ini juga alasan mengapa banyak perusahaan masih menunggu untuk melihat dan belum mengambil keputusan untuk meningkatkan investasi. Tetapi sekarang situasinya berbeda, karena dunia telah memasuki periode kritis untuk pengembangan semikonduktor generasi ketiga. Substrat keramik silikon nitrida memiliki produk matang di Amerika Serikat dan Jepang. China memiliki jalan panjang dalam hal ini.
Mengapa keramik silikon nitrida cocok untuk bantalan?
2023 07/03