Med utvecklingen av maskinproduktion mot aluminiumoxid keramisk ark med hög precision och hög hastighet blir applikationens omfattning av lager bredare och bredare, och kraven för att utföra lagringar blir högre och högre. Speciellt i vissa speciella arbetsmiljöer kan metalllager inte tillgodose behoven eller ens arbeta helt. Keramiska material har blivit de perfekta materialen för höghastighetstillverkningsprecisionslager på grund av deras låga densitet, höga elastiska modul, liten linjär expansionskoefficient, slitmotstånd, hög temperaturmotstånd, korrosionsbeständighet och andra utmärkta egenskaper.
1. Fördelar och egenskaper hos kiselnitridkeramik
Även om kiselnitrid inte är den svåraste och tuffaste inom industrikeramik, anses den ha de bästa mekaniska och fysiska egenskaperna i lagerapplikationer som kräver hög prestanda. Låt oss nu titta på fördelarna med kiselnitrid jämfört med andra lagermaterial.
Prestandajämförelse av fem lager av aluminiumoxid keramiska barmaterial
Värmemotstånd
I allmänhet, när servicetemperaturen för stållager överstiger 120 ℃, kommer hårdheten och rullande livslängden att minska. Kiselnitrid har goda temperaturegenskaper, särskilt lämplig för hög temperaturmiljö.
centrifugalkraft
Densiteten för kiselnitrid är cirka 3,24 × 103 kg/m3, medan tätheten av lager stål är cirka 7,8 × 103 kg/m3, vilket bara är cirka 40% av tätheten av lagerstål, så när rullande elementet använder lagret, Lageret kan begränsa ökningen av rullande elementbelastning orsakad av centrifugalkraft när den roterar med hög hastighet.
Linjär expansion
Den linjära expansionskoefficienten för kiselnitrid är cirka 1/4 av det för lagerstål, så storleksförändringen med temperaturen är liten, så det är fördelaktigt att använda i miljön med stor temperaturförändring.
Hårdhet, elasticitetskoefficient, Poissons förhållande
Eftersom den elastiska kiselkoefficienten för kiselnitrid är ungefär 1,5 gånger den för lagerstål, är den elastiska deformationen av relativ belastning liten och styvheten hos relativ belastning är hög.
Korrosionsmotstånd, icke-magnetisk, isolering
När stållager används för maskiner som används i kemisk maskinutrustning, mat, marina och andra avdelningar är korrosion ett problem. I en stark magnetisk miljö, när stållager används, adsoreras det fina pulvret som slits från själva lagret mellan rullande elementet och rullande yta, vilket kommer att bli det främsta skälet till för tidig lagringsskada och ökat brus.
2. Beredning av keramiklager i kiselnitrid
Beredningsprocess av keramikonkeramisk aluminiumoxid keramisk kolvlager
Beredning av keramiskt pulver med kiselnitrid
Kiselnitridpulver för lagerdelar ska ha följande viktiga egenskaper: hög renhet; Mycket enhetliga och fina partiklar; a Högfasinnehåll. Den mest lämpliga metoden för framställning av kiselnitridpulver är karbotermisk reduktionsnitrideringsmetod, med reaktionsformeln för 3SIO2+6C+2N2 = SI3N4+6CO. Pulvret som erhålls med denna metod har mindre metallföroreningar, hög renhet och fina partiklar, α hög fasinnehåll, uppfyller kraven på material för lagerdelar.
Formning av kerikonnitridkeramiska lagerrelaterade delar
Det finns många beredningsmetoder för kiselnitrid -keramiska lagerrelaterade delar, såsom reaktionssintring, varmpressning sintring, trycklös sintring och sekundär reaktionssintring. För att erhålla helt tät kiselnitridmaterial är het isostatisk pressningsmetod idealisk.
Bearbetning av kiselnitridkeramiska lagerrelaterade delar
Bearbetningen av kiselnitridkeramiska lagerrelaterade delar liknar i princip den för lagerståldelar, och slipmekanismen är i princip densamma. På grund av de stora skillnaderna mellan olika egenskaper hos kiselnitrid och stål finns det emellertid betydande skillnader i slipverktyg, bearbetningsfaktorer, slipning av blandningar etc. I mekanisk bearbetning och kraven i zirkoniumkeramik varje process för partikelstorlek, typ, typ, typ, typ typ , form, kvantitet, styrka, krossande egenskaper, slitegenskaper etc. hos slipmedel är olika. För närvarande inkluderar slipmedel som används främst kiselkarbid, borkarbid, diamantpulver etc.
Montering av keramiklager i kiselnitrid
I allmänhet består rullande lager av fyra huvuddelar, nämligen yttre ring, innerring, rullande element och bur. Eftersom det finns tio kategorier av rullande lager, antar olika typer av lager olika burformer, så monteringsmetoderna för lager är också olika.
Kiliconnitridkeramiskt lager, som en viktig mekanisk baskomponent, leder vägen i den nya materiella världen på grund av dess utmärkta egenskaper som andra lager inte kan matcha. Under de senaste åren, inom flygplatsen, navigering, kärnkraftsindustri, petroleum, kemisk industri, lätt textilindustri, maskiner, metallurgi, elkraft, mat, lok, tunnelbana, höghastighetsmaskinverktyg, vetenskaplig forskning, försvar och militär teknik , etc., keramiska keramiklager i kiselnitridnitrid, som oundgängliga ersättare under speciella arbetsförhållanden såsom hög temperatur, hög hastighet, djup förkylning, brandfarlig, explosiv, stark korrosion, vakuum, elektrisk isolering, icke-magnetisk, torr friktion, etc.
Egenskaper hos keramiskt substrat av kiselnitrid:
Med miniatyrisering av högpresterande elektronisk utrustning och dess komponenter har värmeavledningen blivit en nyckelfaktor som påverkar prestanda och tillförlitlighet. Eftersom högt värmeflöde kommer att leda till prestanda nedbrytning och förkortat livslängd, bland olika värmespridningsteknologier, är kylarssystemet zirkoniumiska keramiska delar användbara och bekvämt för miniatyrisering, eftersom det kan bli en del av mikroelektroniskt förpackningssystem.
LED -keramiskt underlag
Som vi alla vet är värmen som genereras under driften av halvledarenheter nyckelfaktorn som orsakar misslyckandet av halvledarenheter, och värmeledningsförmågan hos det elektriska isolerande substratet är nyckeln till värmeavledningen av hela halvledarenheterna. Kylaren består av ett metallkretsskikt och ett keramiskt substrat, såsom aluminiumnitrid, kiselnitrid, kiselkarbid och aluminiumoxid. Bland dessa keramiska substrat anses kiselnitrid som lovande på grund av dess utmärkta värmeledningsförmåga (60-90W/MK), hög mekanisk styrka (650-850 MPa) och låg expansionskoefficient. Faktum är att keramiskt substrat av kiselnitridnitrid vanligtvis deponeras på underlaget genom direkt bindning av koppar (DBC) och direkt kopparpläteringsprocesser (DPC). DBC uppnår förbättrad vidhäftning genom mekanisk sammanlåsning mellan metallfilmen avsatt vid hög temperatur och underlaget, medan DPC uppnår förbättrad vidhäftning genom att bilda ett fröskikt genom vakuumavlagring.
På grund av den komplexa mekaniska miljön såsom turbulens och vibration krävs dessutom substratmaterial med viss mekanisk tillförlitlighet också. Kiliconnitridkeramiskt substrat är relativt balanserat i alla aspekter och är det strukturella keramiska materialet med bästa omfattande prestanda. Därför har kiselnitrid stark konkurrenskraft inom tillverkning av keramiska underlag för elektroniska anordningar.
Keramisk underlag i aluminiumnitrid
Tidigare var kretssubstrat plana material som bestod av diskreta komponenter eller integrerade kretsar och diskreta komponenter för att uppfylla de funktionella kraven i den totala kretsen. Det kräver bara elektrisk isolering och konduktivitet. Efter att ha gått in i den intelligenta informationsåldern krävs också kraftelektronisk utrustning för att kunna konvertera och kontrollera elektrisk energi, vilket kraftigt förbättrar de elektriska kontroll- och kraftkonverteringsprestanda för utrustningen såväl som driftsförbrukningen. Följaktligen kan det gemensamma substratet inte längre uppfylla de höga kraven för att minska det termiska motståndet hos komplexa kraftanordningar, kontrollera arbetstemperaturen och säkerställa tillförlitligheten och det keramiska underlaget med bättre prestanda måste bytas ut.
Enligt prestandakraven för elektroniska anordningar på keramiskt substrat ska substratmaterialet ha följande egenskaper:
1. God isolering och keramisk flänsresistens för elektrisk nedbrytning;
2. Hög värmeledningsförmåga: Värmeledningsförmågan påverkar direkt arbetsförhållandena och livslängden för halvledare. Det ojämna temperaturfältet orsakat av dålig värmeavledning kommer också att öka bruset från elektroniska anordningar kraftigt;
3. Den termiska expansionskoefficienten matchar med andra material som används i paketet;
4. Högfrekvensegenskaper, låg dielektriska konstant, låg dielektrisk förlust;
5. Ytan är slät och tjockleken är enhetlig, vilket är bekvämt för att skriva ut kretsen på ytan på underlaget och säkerställer den enhetliga tjockleken på den tryckta kretsen;
Keramisk underlag
För närvarande är de mest använda keramiska substratmaterialet huvudsakligen aluminiumoxid och aluminiumnitrid. Hur jämför kiselnitrid med dess prestanda? Följande tabell visar att de tre keramiska substratmaterialet har uppenbara fördelar, särskilt den höga temperaturmotståndet för kiselnitridkeramiska substratmaterial under höga temperaturförhållanden, kemisk inerthet till metaller, ultrahög hårdhet, frakturthet och andra mekaniska egenskaper.
Eftersom kiselnitrid är så utmärkt, varför används den fortfarande sällan på marknaden? Var är dess utvecklingsmöjlighet?
I själva verket har vart och ett av de tre materialen sina fördelar och nackdelar. Till exempel, även om den värmeledningsförmågan hos aluminiumoxid är dålig och inte kan hålla jämna steg med utvecklingstrenden för högkrafts halvledare, är tillverkningsprocessen mogen och kostnaden är låg, så det finns fortfarande en stor efterfrågan i lågt fältfält . Termisk konduktivitet hos aluminiumnitrid matchas bäst med den för halvledarmaterial. Det kan användas i avancerade industrier, men dess mekaniska prestanda är dålig, vilket påverkar livslängden på halvledarenheter, och dess användningskostnad är hög. Kiselnitrid är den bästa i omfattande prestanda, men inträdesgränsen är hög.
För närvarande studerar många inhemska vetenskapliga forskningsinstitut och företag, men tekniken är svår, produktionskostnaden är hög, marknaden är liten och storskalig tillämpning har ännu inte dykt upp. Detta är också anledningen till att många företag fortfarande väntar på att se och inte har gjort upp sig för att öka investeringarna. Men nu är situationen annorlunda, eftersom världen har gått in i en kritisk period för utvecklingen av den tredje generationens halvledare. Kiliconnitridkeramiska substrat har mogna produkter i USA och Japan. Kina har en lång väg att gå i detta avseende.
Varför är keramik med kiselnitrid lämplig för lager?
2023 07/03