Alümina seramik tabakasına doğru makine üretiminin geliştirilmesi ile yüksek hassasiyet ve yüksek hızda, rulmanların uygulama kapsamı daha geniş ve daha geniş hale geliyor ve rulmanların performansı için gereksinimler daha da yükseliyor. Özellikle bazı özel çalışma ortamlarında, metal rulmanlar ihtiyaçları karşılayamaz, hatta tamamen çalışamaz. Seramik malzemeler, düşük yoğunlukları, yüksek elastik modülleri, küçük doğrusal genişleme katsayısı, aşınma direnci, yüksek sıcaklık direnci, korozyon direnci ve diğer mükemmel özellikleri nedeniyle yüksek hızlı üretim hassas yatakları için ideal malzemeler haline gelmiştir.
1. Silikon nitrür seramiklerinin avantajları ve özellikleri
Silikon nitrür endüstriyel seramiklerde en zor ve en zor olmasa da, yüksek performans gerektiren yatak uygulamalarında en iyi mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olduğu düşünülmektedir. Şimdi diğer yatak malzemelerine kıyasla silikon nitrürün avantajlarına bakalım.
Beş yatak alümina seramik çubuk malzemelerinin performans karşılaştırması
Isı dayanıklılığı
Genel olarak, çelik yatakların servis sıcaklığı 120 ℃'yi aştığında, sertlik ve haddeleme ömrü azalacaktır. Silikon nitrür, özellikle yüksek sıcaklık ortamı için uygun olan iyi sıcaklık özelliklerine sahiptir.
merkezkaç kuvveti
Silikon nitrür yoğunluğu yaklaşık 3.24 × 103kg/m3 iken, rulman çeliğinin yoğunluğu yaklaşık 7.8 × 103 kg/m3'tür, bu da rulman çeliğinin yoğunluğunun sadece% 40'ıdır, bu nedenle yuvarlanma elemanı yatak kullandığında, Yatak, yüksek hızda dönerken santrifüj kuvvetin neden olduğu haddeleme elemanı yükünün artmasını kısıtlayabilir.
Doğrusal genişleme katsayısı
Silikon nitrürün doğrusal genişleme katsayısı, rulman çeliğinin yaklaşık 1/4'üdür, bu nedenle sıcaklık ile boyut değişimi küçüktür, bu nedenle büyük sıcaklık değişimi olan ortamda kullanmak faydalıdır.
Sertlik, esneklik katsayısı, Poisson oranı
Silikon nitrürün elastik katsayısı, rulman çeliğinin yaklaşık 1.5 katı olduğundan, nispi yükün elastik deformasyonu küçüktür ve nispi yükün sertliği yüksektir.
Korozyon direnci, manyetik olmayan, yalıtım
Kimyasal makine ekipmanlarında, gıda, deniz ve diğer departmanlarda kullanılan makineler için çelik rulmanlar kullanıldığında, korozyon bir sorundur. Güçlü bir manyetik ortamda, çelik yataklar kullanıldığında, yatağın kendisinden aşınmış ince toz, yuvarlanma elemanı ve yuvarlanma yüzeyi arasında adsorbe edilir, bu da erken yatma hasarı ve artan gürültünün ana nedeni haline gelecektir.
2. Silikon nitrür seramik yatağının hazırlanması
Silikon Nitrür Seramik Alümina Seramik Piston Rulmanının Hazırlık İşlemi
Silikon nitrür seramik tozunun hazırlanması
Yatak parçaları için silikon nitrür tozu aşağıdaki önemli özelliklere sahip olmalıdır: yüksek saflık; Son derece düzgün ve ince parçacıklar; α yüksek fazlı içerik. Silikon nitrür tozunun hazırlanması için en uygun yöntem karbotermal indirgeme nitridasyon yöntemidir, 3SIO2+6C+2N2 = SI3N4+6CO reaksiyon formülü ile. Bu yöntemle elde edilen toz, daha az metal safsızlıkları, yüksek saflık ve ince parçacıklar, α yüksek fazlı içeriği, rulman parçaları için malzemelerin gereksinimlerini karşılamaktadır.
Silikon Nitrür Seramik Rulman İlgili Parçaların Oluşturulması
Reaksiyon sinterleme, sıcak presleme sinterleme, basınçsız sinterleme ve ikincil reaksiyon sinterleme gibi silikon nitrür seramik ile ilgili parçaların birçok hazırlama yöntemi vardır. Tamamen yoğun silikon nitrür malzemesi elde etmek için sıcak izostatik presleme yöntemi idealdir.
Silikon Nitrür Seramik Rulman İlgili Parçaların İşlenmesi
Silikon nitrür seramik taşıma ile ilgili parçaların işlenmesi temel olarak çelik parçalarınkine benzer ve öğütme mekanizması temel olarak aynıdır. Bununla birlikte, silikon nitrür ve çeliğin çeşitli özellikleri arasındaki büyük farklılıklar nedeniyle, öğütme aletlerinde, işleme faktörlerinde, taşlama karışımlarında vb. Mekanik işleme ve zirkona seramiklerinin her işleminde önemli farklılıklar vardır. , şekil, miktar, güç, ezici özellikler, aşınma özellikleri vb. Aşındırıcıların farklıdır. Şu anda, kullanılan aşındırıcılar esas olarak silikon karbür, bor karbür, elmas tozu, vb.
Silikon Nitrür Seramik Yatağı Montajı
Genel olarak, yuvarlanma rulmanları, dış halka, iç halka, haddeleme elemanı ve kafes olmak üzere dört ana parçadan oluşur. On kategoride yuvarlanan rulmanlar olduğundan, farklı yatak türleri farklı kafes formlarını benimser, bu nedenle rulmanların montaj yöntemleri de farklıdır.
Önemli bir mekanik temel bileşen olarak silikon nitrür seramik yatağı, diğer yatakların eşleşemediği mükemmel özellikleri nedeniyle yeni malzeme dünyasında öncülük ediyor. Son yıllarda, havacılık, navigasyon, nükleer endüstri, petrol, kimya endüstrisi, hafif tekstil endüstrisi, makine, metalurji, elektrik gücü, gıda, lokomotif, metro, yüksek hızlı takım takımlar, bilimsel araştırma, savunma ve askeri teknoloji alanlarında , vb., Silikon nitrür seramik yatakları, yüksek sıcaklık, yüksek hız, derin soğuk, yanıcı, patlayıcı, güçlü korozyon, vakum, elektriksel yalıtım, manyetik olmayan, kuru sürtünme, vb.
Silikon nitrür seramik substratının özellikleri:
Yüksek performanslı elektronik ekipmanların ve bileşenlerinin minyatürleştirilmesi ile ısı dağılımı performansı ve güvenilirliği etkileyen önemli bir faktör haline gelmiştir. Yüksek ısı akısı, çeşitli ısı dağılma teknolojileri arasında performans bozulmasına ve kısaltılmış ömrüne yol açacağından, radyatör sistemi zirkona seramik parçalarıdır, çünkü minyatürizasyon için kullanışlıdır, çünkü mikroelektronik ambalaj sisteminin bir parçası olabilir.
LED seramik substratı
Hepimizin bildiği gibi, yarı iletken cihazların çalışması sırasında üretilen ısı, yarı iletken cihazların arızalanmasına neden olan anahtar faktördür ve elektrik yalıtım substratının termal iletkenliği, tüm yarı iletken cihazların ısı dağılmasının anahtarıdır. Radyatör bir metal devre tabakası ve alüminyum nitrür, silikon nitrür, silikon karbür ve alüminyum oksit gibi bir seramik substrattan oluşur. Bu seramik substratlar arasında, silikon nitrür, mükemmel termal iletkenliği (60-90W/MK), yüksek mekanik mukavemet (650-850 MPa) ve düşük genişleme katsayısı nedeniyle umut verici kabul edilir. Aslında, silikon nitrür seramik substratı genellikle doğrudan bağlanma bakır (DBC) ve doğrudan bakır kaplama (DPC) işlemleri yoluyla substrat üzerine biriktirilir. DBC, yüksek sıcaklık ve substratta biriken metal film arasında mekanik birbirine geçerek gelişmiş yapışma sağlarken, DPC vakum birikimi ile bir tohum katmanı oluşturarak gelişmiş yapışma sağlar.
Ek olarak, türbülans ve titreşim gibi karmaşık mekanik ortam nedeniyle, belirli mekanik güvenilirliğe sahip substrat malzemeleri de gereklidir. Silikon nitrür seramik substratı her açıdan nispeten dengelenmiştir ve en iyi kapsamlı performansa sahip yapısal seramik malzemedir. Bu nedenle, silikon nitrür, elektronik cihazlar için seramik substratlar üretim alanında güçlü rekabet gücüne sahiptir.
Alüminyum nitrür seramik substratı
Geçmişte, devre substratları, genel devrenin fonksiyonel gereksinimlerini karşılamak için ayrı bileşenlerden veya entegre devrelerden ve ayrık bileşenlerden oluşan düzlemsel malzemelerdi. Sadece elektrik yalıtım ve iletkenlik gerektirir. Akıllı Bilgi Çağı'na girdikten sonra, elektrik enerjisini dönüştürmek ve kontrol edebilmeleri için güç elektronik ekipmanlarının, ekipmanın elektrik kontrol ve güç dönüştürme performans gereksinimlerini ve işletim güç tüketimini büyük ölçüde artırabilmesi gerekmektedir. Buna göre, ortak substrat artık karmaşık güç cihazlarının termal direncini azaltmanın, çalışma sıcaklığını kontrol etmenin ve güvenilirliğin sağlanmasının yüksek gereksinimlerini karşılayamıyor ve daha iyi performansla seramik substrat değiştirilmelidir.
Seramik substrat üzerindeki elektronik cihazların performans gereksinimlerine göre, substrat malzemeleri aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır:
1. İyi yalıtım ve elektrik bozulması seramik flanş direnci;
2. Yüksek termal iletkenlik: Termal iletkenlik, yarı iletkenlerin çalışma koşullarını ve servis ömrünü doğrudan etkiler. Kötü ısı yayılmasının neden olduğu eşit olmayan sıcaklık alanı, elektronik cihazların gürültüsünü de büyük ölçüde artıracaktır;
3. Termal Genişleme Katsayısı, pakette kullanılan diğer malzemelerle eşleşir;
4. Yüksek frekans özellikleri, düşük dielektrik sabiti, düşük dielektrik kayıp;
5. Yüzey pürüzsüzdür ve kalınlık eşittir, bu da devreyi substratın yüzeyine yazdırmak için uygundur ve baskılı devrenin düzgün kalınlığını sağlar;
Seramik substratı
Şu anda, en yaygın kullanılan seramik substrat malzemeleri esas olarak alüminyum oksit ve alüminyum nitrürdür. Silikon nitrür performansıyla nasıl karşılaştırılır? Aşağıdaki tablo, üç seramik substrat malzemesinin, özellikle yüksek sıcaklık koşulları altında silikon nitrür seramik substrat malzemelerinin yüksek sıcaklık direncinin, metallere kimyasal atılın, ultra yüksek sertlik, kırılma tokluğu ve diğer mekanik özelliklere sahip olduğunu göstermektedir.
Silikon nitrür bu kadar mükemmel olduğundan, neden hala piyasada nadiren kullanılıyor? Geliştirme fırsatı nerede?
Aslında, üç malzemenin her birinin avantajları ve dezavantajları vardır. Örneğin, alüminyum oksidin termal iletkenliği zayıf olsa da ve yüksek güçlü yarı iletkenin geliştirme eğilimine ayak uyduramazsa da, üretim süreci olgundur ve maliyeti düşüktür, bu nedenle düşük uçlu alanda hala büyük bir talep vardır . Alüminyum nitrürün termal iletkenliği en iyi yarı iletken malzemelerle eşleştirilir. Üst düzey endüstrilerde kullanılabilir, ancak mekanik performansı zayıftır, yarı iletken cihazların ömrünü etkiler ve kullanım maliyeti yüksektir. Silikon nitrür kapsamlı performansta en iyisidir, ancak giriş eşiği yüksektir.
Şu anda, birçok yerli bilimsel araştırma enstitüsü ve işletmesi çalışıyor, ancak teknoloji zor, üretim maliyeti yüksek, pazar küçük ve büyük ölçekli uygulama henüz ortaya çıkmadı. Bu, birçok işletmenin hala yatırımları artırmak için zihnini görmeyi ve onurlandırmamasını beklemelerinin nedeni de budur. Ancak şimdi durum farklı, çünkü dünya üçüncü nesil yarı iletkenin gelişimi için kritik bir döneme girdi. Silikon nitrür seramik substratları Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya'da olgun ürünlere sahiptir. Çin'in bu konuda uzun bir yolu var.
Silikon nitrür seramik neden yatak için uygundur?
2023 07/03