Cerámica de nitruro de silicio Si3n4 Cerámica Rodamientos de bolas/rodillos giratorios

Tipos de nitruro de silicio

Existen varios métodos diferentes utilizados para producir nitruro de silicio, todos los cuales producen materiales con propiedades ligeramente diferentes.

• Nitruro de silicio ligado por reacción (RBSN)

• Nitruro de silicio ligado por reacción sinterizado (SRBSN)

• Nitruro de silicio sinterizado a presión de gas (GPSN)

• Nitruro de silicio prensado en caliente (HPSN)

• Nitruro de silicio prensado isostáticamente en caliente (HIP-SN)

Nitruro de silicio ligado por reacción (RBSN)

En los primeros días del nitruro de silicio, todo se fabricaba mediante enlace por reacción debido a la dificultad de producir un polvo de nitruro de silicio. Con este método, un compacto de silicio se calienta en una atmósfera rica en nitrógeno yndash; el nitrógeno se une al polvo de silicio para producir un cuerpo de nitruro de silicio poroso y no totalmente denso. Hay poca contracción en este proceso, lo que hace que el mecanizado en verde (mecanizado del compacto antes de la sinterización) sea muy eficaz. Las propiedades mecánicas del RBSN no son buenas debido a su densidad limitada (aproximadamente 70 yndash; 85%). Además, la estructura de poros causada por su baja densidad conduce a altas tasas de oxidación y a una mala resistencia a la erosión. Típicamente se utiliza en aplicaciones de alta temperatura/choque térmico.

Nitruro de silicio ligado por reacción sinterizado (SRBSN)

El método de enlace por reacción sinterizado utiliza el mismo proceso que el anterior, sin embargo, se incluyen ayudas de sinterización en el polvo original (para promover la sinterización en fase líquida) y se sigue un proceso de sinterización adicional. Después de que el compacto de sílice ha sido nitrurado, el cuerpo poroso de nitruro de silicio se coloca en un horno de nitruración a alta presión para eliminar los poros y producir un producto mucho más denso. Este método está bastante anticuado y se utilizaba predominantemente debido a la dificultad asociada con la fabricación de polvo de nitruro de silicio en los primeros días.

Nitruro de silicio sinterizado a presión de gas (GPSN)

Este es el método más popular para producir componentes de nitruro de silicio de alta resistencia y geometría compleja. El método GPSN utiliza un polvo de nitruro de silicio que se ha mezclado con ayudas de sinterización para promover la sinterización en fase líquida (típicamente itria, óxido de magnesio y/o alúmina), así como aglutinantes para mejorar la resistencia mecánica del cuerpo cerámico verde. El polvo se prensa en la forma deseada y se puede realizar el mecanizado en verde. Los compactos se colocan luego en un horno que tiene una atmósfera de nitrógeno presurizada para ayudar con la densificación y evitar la evaporación/descomposición del silicio, el nitrógeno y los aditivos.

Nitruro de silicio sinterizado a presión de gas (GPSN)

Precision Ceramics tiene en stock una gama de varillas cerámicas de nitruro de silicio estándar, todas torneadas con precisión para obtener un excelente acabado superficial. Estas varillas se pueden utilizar como rodamientos, pistones, componentes de motor o en una variedad de otros conjuntos. Además, Precision Ceramics ofrece servicios completos de mecanizado/rectificado para la fabricación de componentes de nitruro de silicio personalizados.

Nitruro de silicio prensado en caliente (HPSN)

El HPSN se produce prensando uniaxialmente polvo de nitruro de silicio (con aditivos de sinterización) mientras se aplica calor al mismo tiempo. Se requiere un tipo especial de prensa y matriz para este proceso. Produce un nitruro de silicio con excelentes propiedades mecánicas, sin embargo, solo se pueden producir formas simples. Debido a que es imposible mecanizar en verde un componente que se prensa en caliente, el rectificado con diamante es la única forma de crear geometrías complejas. Debido a los altos costos y las dificultades asociadas con el rectificado con diamante y el prensado en caliente, su uso se limita típicamente a la producción de componentes simples en pequeñas cantidades.

Nitruro de silicio prensado isostáticamente en caliente (HIP-SN)

Este método consolida el polvo de nitruro de silicio utilizando altas presiones y altas temperaturas. Un cuerpo de nitruro de silicio con porosidad cerrada se prensa isostáticamente (presión uniforme en todos los lados) a través de un gas inerte a hasta 2000 bar mientras la cámara se calienta simultáneamente. Este proceso exprime eficazmente cualquier poro/defecto del material mientras se sinteriza y acerca la densidad a la teórica. El HIPing mejora las propiedades mecánicas y la fiabilidad, sin embargo, es un proceso costoso que normalmente solo se utiliza en circunstancias muy selectas.

Mecanizado de nitruro de silicio

El nitruro de silicio se puede mecanizar en estado verde, bizcocho o totalmente denso. Mientras que en la forma verde o bizcocho se puede mecanizar relativamente fácilmente en geometrías complejas. Sin embargo, el proceso de sinterización que se requiere para densificar completamente el material hace que el cuerpo de nitruro de silicio se contraiga aproximadamente un 20%. Esta contracción significa que es imposible mantener tolerancias muy estrictas al mecanizar nitruro de silicio antes de la sinterización. Para lograr tolerancias muy estrictas, el material totalmente sinterizado debe mecanizarse/rectificarse con herramientas de diamante. Este proceso utiliza una herramienta/rueda recubierta de diamante muy precisa para desgastar el material hasta que se crea la forma deseada. Debido a la tenacidad y dureza inherentes del material, este puede ser un proceso que consume mucho tiempo y es costoso.