Führungsrolle aus Siliziumnitrid

Außergewöhnliche mechanische Eigenschaften

Eines der herausragenden Merkmale der Siliziumnitrid-Führungsrolle sind ihre außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften. Mit einer sehr geringen Dichte von 3,2–3,25 g/cm³ ist dieses Material sowohl leicht als auch äußerst stabil. Dies macht die Siliziumnitrid-Führungsrolle ideal für Anwendungen, bei denen das Gewicht ein entscheidender Faktor ist, ohne Kompromisse bei der Haltbarkeit einzugehen. Die hohe Härte von HRA 92–94 sorgt dafür, dass die Rollen äußerst widerstandsfähig gegen Verschleiß und Abrieb sind und sich daher für Umgebungen eignen, die ständiger Reibung und Druck ausgesetzt sind.

Die Bruchzähigkeit, die zwischen 6 und 8 MPa·m1/2 liegt, zeigt die Fähigkeit des Materials, erheblichen mechanischen Belastungen ohne Rissbildung standzuhalten. Darüber hinaus sorgt die Biegefestigkeit von ≥ 900 MPa dafür, dass diese Rollen ihre strukturelle Integrität auch unter erheblichen Belastungen beibehalten, was ihre Robustheit zusätzlich unterstreicht.

Überlegene thermische Eigenschaften

Das Wärmemanagement ist ein entscheidender Aspekt vieler industrieller Anwendungen, und Siliziumnitrid-Führungsrollen zeichnen sich in diesem Bereich aus. Die Siliziumnitrid-Führungsrolle kann bei Temperaturen von bis zu 1300–1600 °C betrieben werden und eignet sich gut für Umgebungen mit hohen Temperaturen. Ihre hervorragende Thermoschockbeständigkeit, die sich durch hohe thermische Belastungsparameter auszeichnet, stellt sicher, dass die Siliziumnitrid-Führungsrolle schnelle Temperaturschwankungen ohne Beschädigung übersteht.

Dank der geringen Wärmeleitfähigkeit von 23–25 W/(m·K) isolieren diese Walzen zudem gut die Wärme und schützen so andere Systemkomponenten vor thermischer Belastung. Diese Funktion ist besonders in Branchen wie der Metallverarbeitung und der Halbleiterfertigung von Vorteil, in denen eine präzise Temperaturkontrolle von größter Bedeutung ist.

Chemische Beständigkeit und Haltbarkeit

Siliziumnitrid-Führungsrollen weisen eine bemerkenswerte chemische Stabilität auf. Sie sind reaktionsbeständig mit den meisten anorganischen Säuren, mit Ausnahme von Flusssäure. Diese chemische Inertheit verlängert ihre Lebensdauer selbst in rauen chemischen Umgebungen und macht die Siliziumnitrid-Führungsrolle für den Einsatz in Bereichen wie der chemischen Verarbeitung, der Pharmazeutik und der Lebensmittelproduktion geeignet.

Arten von Siliziumnitridkeramiken

Semicorex bietet zwei Haupttypen von Siliziumnitrid-Keramik für seine Führungsrollen an: Gasdruckgesintertes Siliziumnitrid (GPSN) und heißgepresstes Siliziumnitrid (HPSN). Jeder Typ ist so konzipiert, dass er je nach Anwendungsanforderungen spezifische Vorteile bietet.

Gasdruckgesintertes Siliziumnitrid (GPSN):Bei der GPSN-Methode werden Siliziumnitridpulver mit Sinterhilfsmitteln gemischt, um das Sintern in der flüssigen Phase zu fördern, sowie mit Bindemitteln, um die mechanische Festigkeit des grünen Keramikkörpers zu erhöhen. Anschließend wird das Pulver in die gewünschte Form gepresst und die Grünbearbeitung kann erfolgen. Die Presslinge werden in einen Ofen mit einer unter Druck stehenden Stickstoffatmosphäre gegeben, um die Verdichtung zu unterstützen und die Verdunstung oder Zersetzung von Silizium, Stickstoff und Zusatzstoffen zu verhindern. Dieser Prozess führt zu einem hochdichten und gleichmäßig strukturierten Material, das eine hervorragende Leistung in anspruchsvollen Anwendungen bietet.

Heißgepresstes Siliziumnitrid (HPSN):HPSN wird durch uniaxiales Pressen von Siliziumnitridpulver (mit Sinterzusätzen) bei gleichzeitiger Wärmezufuhr hergestellt. Dieser Prozess erfordert eine spezielle Presse und Matrize, was zu Siliziumnitrid mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften führt. Allerdings können mit dieser Methode nur einfache Formen hergestellt werden. Da eine Grünbearbeitung eines heißgepressten Bauteils nicht möglich ist, ist das Diamantschleifen die einzige Möglichkeit, komplexe Geometrien zu erzeugen. Aufgrund der hohen Kosten und Herausforderungen, die mit dem Diamantschleifen und Heißpressen verbunden sind, ist der Einsatz von HPSN typischerweise auf die Produktion einfacher Komponenten in kleinen Mengen beschränkt.

SEM-SE-Bilder von Si3N4-Keramik bei a 5000 × - und b 30.000 × -Vergrößerungen, c Porengrößenverteilung und d XRD-Muster der Si3N4-Probe