Wraz z rozwojem produkcji maszyn w kierunku arkusza ceramicznego tlenku glinu wysoka precyzja i duża prędkość, zakres zastosowania łożysk staje się szerszy i szerszy, a wymagania dotyczące wydajności łożysk stają się coraz wyższe. Zwłaszcza w niektórych specjalnych środowiskach pracy łożyska metalu nie mogą zaspokoić potrzeb, a nawet całkowicie działać. Materiały ceramiczne stały się idealnymi materiałami do produkujących producentów producentów z powodu ich niskiej gęstości, modułu o wysokim sprężystym module, małym współczynniku rozszerzonym liniowym, odporności na zużycie, odporności na wysoką temperaturę, odporności na korozję i innych doskonałych właściwości.
1. Zalety i charakterystyka ceramiki azotku krzemu
Chociaż azotek krzemu nie jest najtrudniejszy i najtrudniejszy w ceramice przemysłowej, uważa się, że ma najlepsze właściwości mechaniczne i fizyczne w zastosowaniach łożyskowych wymagających wysokiej wydajności. Spójrzmy teraz na zalety azotku krzemu w porównaniu z innymi materiałami łożyskowymi.
Porównanie wydajności pięciu łożysków tlenku ceramicznych materiałów barowych
Wytrzymałość cieplna
Zasadniczo, gdy temperatura obsługi łożysk stalowych przekracza 120 ℃, twardość i trwające życie zmniejszy się. Azotek krzemowy ma dobre charakterystyki temperatury, szczególnie odpowiednie dla środowiska o wysokiej temperaturze.
siła odśrodkowa
Gęstość azotku krzemu wynosi około 3,24 × 103 kg/m3, podczas gdy gęstość stali łożyskowej wynosi około 7,8 × 103 kg/m3, co stanowi tylko około 40% gęstości stali łożyskowej, więc gdy element tocząca używa łożyska, Łożysko może powstrzymać wzrost obciążenia elementu toczenia spowodowanego siłą odśrodkową podczas obracania się z dużą prędkością.
Współczynnik rozszerzenia liniowej
Liniowy współczynnik rozszerzania azotku krzemu wynosi około 1/4 stali łożyskowej, więc zmiana wielkości wraz z temperaturą jest niewielka, więc korzystne jest stosowanie w środowisku o dużej zmianie temperatury.
Twardość, współczynnik elastyczności, stosunek Poissona
Ponieważ sprężysty współczynnik azotku krzemu jest około 1,5 razy większy niż stal łożyska, elastyczne deformacja obciążenia względnego jest niewielka, a sztywność względnego obciążenia jest wysoka.
Odporność na korozję, niemagnetyka, izolacja
Gdy łożyska stalowe są używane do maszyn używanych w sprzęcie maszyn chemicznych, żywności, morskiej i innych działach, korozja stanowi problem. W silnym środowisku magnetycznym, gdy stosuje się łożyska stalowe, drobny proszek zużyty od samego łożyska jest adsorbowany między elementem toczącego a powierzchnią toczącego, co stanie się głównym powodem przedwczesnego uszkodzenia łożyska i zwiększonego hałasu.
2. Przygotowanie łożyska ceramicznego azotku krzemowego
Proces przygotowania łożyska ceramicznego łożyska glinu ceramicznego krzemowego
Przygotowanie krzemowego azotku proszku ceramicznego
Proszek krzemowy azotek do części łożyska powinien mieć następujące ważne cechy: wysoka czystość; Wysoce jednolite i drobne cząstki; α Wysoka zawartość fazy. Najbardziej odpowiednią metodą przygotowywania proszku azotku krzemu jest metoda nitrydycji redukcji węgla, z wzorem reakcji 3SIO2+6C+2N2 = SI3N4+6CO. Proszek uzyskany tą metodą ma mniej zanieczyszczeń metali, wysoką czystość i drobne cząstki, α wysoką zawartość faz, spełniające wymagania materiałów do części łożyska.
Tworzenie części łożyska ceramicznego łożyska krzemowego
Istnieje wiele metod przygotowywania części związanych z łożyskiem ceramicznym krzemowym, takich jak spiekanie reakcji, spiekanie na gorąco, spiekanie bez presji i spiekanie wtórne. Aby uzyskać w pełni gęsty materiał azotku krzemu, idealna jest gorąca metoda prasowania izostatycznego.
Obróbka części łożyska ceramicznego łożyska krzemowego
Obróbka części łożyska ceramicznego łożyska krzemowego jest zasadniczo podobna do elementów nośnych części stalowych, a mechanizm szlifowania jest zasadniczo taki sam. Jednak ze względu na duże różnice między różnymi właściwościami azotku krzemowego i stali istnieją znaczne różnice w narzędziach szlifowania, czynnikach przetwarzania, mieszaninach szlifowania itp. W obróbce mechanicznej oraz wymagania ceramiki cyrkonu każdego procesu dla wielkości cząstek, typu typu, typu , Kształt, ilość, siła, cechy kruszenia, charakterystyka zużycia itp. Wodoraków są różne. Obecnie ścierne stosowane głównie obejmują głównie węglik krzemowy, węglika boru, diamentowy proszek itp.
Montaż łożyska ceramicznego azotku krzemowego
Zasadniczo łożyska toczenia składają się z czterech głównych części, a mianowicie zewnętrznego pierścienia, pierścienia wewnętrznego, elementu toczenia i klatki. Ponieważ istnieje dziesięć kategorii łożysk toczenia, różne rodzaje łożysk przyjmuje różne formy klatki, więc metody montażu łożysk są również różne.
Łożysko ceramiczne azotku krzemowego, jako ważny mechaniczny element podstawowy, kieruje się w nowym świecie materialnym ze względu na jego doskonałe cechy, których inne łożyska nie mogą się równać. W ostatnich latach, w dziedzinie lotniczej, nawigacji, przemysłu nuklearnego, ropy naftowej, przemysłu chemicznego, przemysłu lekkiego, maszyn, metalurgii, energii elektrycznej, żywności, lokomotyw, metra, szybkiej prędkości, badań naukowych, obronnych i wojskowych , itp. Łożyska ceramiczne azotku krzemu są coraz częściej rozpoznawane jako niezbędne substytuty w specjalnych warunkach pracy, takich jak wysoka temperatura, duża prędkość, głęboka zimna, łatwopalna, wybuchowa, silna korozja, próżnia, izolacja elektryczna, niemagnetyczne, suche tarcie itp.
Charakterystyka substratu ceramicznego azotku krzemu:
Dzięki miniaturyzacji wysokowydajnego sprzętu elektronicznego i jego składników rozpraszanie ciepła stało się kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajność i niezawodność. Ponieważ wysoki strumień ciepła doprowadzi do degradacji wydajności i skrócenia żywotności, wśród różnych technologii rozpraszania ciepła systemem chłodnicy jest części ceramiczne cyrkonu przydatne i wygodne do miniaturyzacji, ponieważ może stać się częścią mikroelektronicznego systemu opakowań.
Podłoże ceramiczne LED
Jak wszyscy wiemy, ciepło wytwarzane podczas działania urządzeń półprzewodnikowych jest kluczowym czynnikiem powodującym awarię urządzeń półprzewodnikowych, a przewodność cieplna podłoża izolacyjnego elektrycznego jest kluczem do rozpraszania ciepła całych urządzeń półprzewodników. Żłanka składa się z metalowej warstwy obwodu i ceramicznego substratu, takiego jak azotek aluminiowy, azotek krzemowy, węglik silikonowy i tlenek glinu. Wśród tych ceramicznych substratów azotek krzemu jest uważany za obiecujący ze względu na jego doskonałą przewodność cieplną (60-90 W/mk), wysoką wytrzymałość mechaniczną (650-850 MPa) i niski współczynnik ekspansji. W rzeczywistości substrat ceramiczny azotku krzemowego jest zwykle osadzany na podłożu poprzez bezpośrednie procesy miedzi wiązania (DBC) i bezpośredniego poszycia miedzi (DPC). DBC osiąga zwiększoną przyczepność poprzez mechaniczne blokowanie między folią metalową osadzoną w wysokiej temperaturze a substratem, podczas gdy DPC osiąga zwiększoną przyczepność poprzez utworzenie warstwy nasion przez odkładanie próżniowe.
Ponadto, ze względu na złożone środowisko mechaniczne, takie jak turbulencje i wibracje, wymagane są również materiały podłoża o pewnej niezawodności mechanicznej. Substrat ceramiczny azotku krzemu jest stosunkowo zrównoważony we wszystkich aspektach i jest strukturalnym materiałem ceramicznym o najlepszym kompleksowym wydajności. Dlatego azotek krzemu ma silną konkurencyjność w dziedzinie produkcji ceramicznych substratów dla urządzeń elektronicznych.
Aluminiowy podłoże ceramiczne
W przeszłości substraty obwodów były materiałami płaskimi złożonymi z dyskretnych komponentów lub obwodów zintegrowanych i dyskretnych komponentów w celu spełnienia wymagań funkcjonalnych całego obwodu. Wymaga tylko izolacji elektrycznej i przewodności. Po wejściu do inteligentnego wieku informacyjnego energetyczne urządzenia elektroniczne jest również wymagane, aby móc konwertować i kontrolować energię elektryczną, co znacznie poprawia wymagania dotyczące kontroli elektrycznej i konwersji energii sprzętu, a także zużycie energii. W związku z tym wspólny podłoże nie może już spełniać wysokich wymagań zmniejszania oporu cieplnego złożonych urządzeń mocy, kontrolowania temperatury roboczej i zapewnienia niezawodności, a podłoże ceramiczne z lepszą wydajnością należy wymienić.
Zgodnie z wymogami wydajności urządzeń elektronicznych na podłożu ceramicznym materiały podłoża powinny mieć następujące właściwości:
1. Dobra izolacja i rozkład elektryczny ceramiczny odporność na kołnierza;
2. Wysoka przewodność cieplna: przewodność cieplna bezpośrednio wpływa na warunki pracy i żywotność serwisowa półprzewodników. Pole nierównomierne spowodowane złym rozpraszaniem ciepła znacznie zwiększy hałas urządzeń elektronicznych;
3. Współczynnik rozszerzania cieplnego dopasowuje się do innych materiałów używanych w opakowaniu;
4. Wysoka częstotliwość, niska stała dielektryczna, niska utrata dielektryczna;
5. Powierzchnia jest gładka, a grubość jest jednolita, co jest wygodne do drukowania obwodu na powierzchni podłoża i zapewnia jednolitą grubość drukowanego obwodu;
Podłoże ceramiczne
Obecnie najczęściej stosowanymi ceramicznymi materiałami substratu są głównie tlenek glinu i azotek aluminiowy. Jak porównuje się azotek krzemu z jego wydajnością? Poniższy stół pokazuje, że trzy ceramiczne materiały podłoża mają oczywiste zalety, zwłaszcza oporność w wysokiej temperaturze materiałów ceramicznych podłoża z azotku krzemu w wysokiej temperaturze, bezwładności chemicznej do metali, twardości ultra wysokiej, wytrzymałości pęknięcia i innych właściwości mechanicznych.
Ponieważ azotek krzemu jest tak doskonały, dlaczego nadal rzadko jest używany na rynku? Gdzie jest jego możliwość rozwoju?
W rzeczywistości każdy z trzech materiałów ma swoje zalety i wady. Na przykład, chociaż przewodność cieplna tlenku aluminium jest słaba i nie może nadążyć za trendem rozwojowym półprzewodnika o dużej mocy, jego proces produkcyjny jest dojrzały, a koszt jest niski, więc nadal istnieje duże zapotrzebowanie w polu niskiej klasy. . Przewodnictwo cieplne azotku aluminiowego najlepiej pasuje do przewodnictwa materiałów półprzewodnikowych. Może być stosowany w branżach wysokiej klasy, ale jego wydajność mechaniczna jest słaba, wpływając na żywotność urządzeń półprzewodnikowych, a jego koszt wykorzystania jest wysoki. Azotek krzemu jest najlepszy w kompleksowej wydajności, ale próg wejścia jest wysoki.
Obecnie studiuje wiele krajowych instytutów badań naukowych i przedsiębiorstw, ale technologia jest trudna, koszt produkcji jest wysoki, rynek jest niewielki, a aplikacja na dużą skalę nie pojawiła się jeszcze. Jest to również powód, dla którego wiele przedsiębiorstw wciąż czeka na zobaczenie i nie zdecydowało się na zwiększenie inwestycji. Ale teraz sytuacja jest inna, ponieważ świat wszedł w krytyczny okres dla rozwoju półprzewodnika trzeciej generacji. Substraty ceramiczne azotku krzemu mają dojrzałe produkty w Stanach Zjednoczonych i Japonii. Chiny mają długą drogę, aby w tym zakresie.
Dlaczego ceramika azotku krzem jest odpowiednia do łożyska?
2023 07/03