Почему кремниевая керамика нитрида подходит для подшипника?
2023-07-03
С разработкой производства машин в направлении высокой точности и высокой скорости керамического листа глиноземного листа, объем применения подшипников становится шире и шире, а требования к производительности подшипников становятся выше и выше. Особенно в некоторых специальных рабочих средах металлические подшипники не могут удовлетворить потребности или даже полностью работать. Керамические материалы стали идеальными материалами для высокоскоростных точных подшипников из-за их низкой плотности, высокого модуля упругости, небольшого линейного коэффициента расширения, сопротивления износа, высокотемпературной стойкости, коррозионной стойкости и других превосходных свойств.
1. Преимущества и характеристики нитридной кремниевой керамики
Хотя нитрид кремния не самый сложный и самый сложный в промышленной керамике, считается, что он обладает лучшими механическими и физическими свойствами в приложениях для подшипников, требующих высокой производительности. Теперь давайте посмотрим на преимущества нитрида кремния по сравнению с другими материалами для подшипника.
Сравнение производительности пяти материалов для глиноземного глинозема керамических стержней
Термостойкость
Как правило, когда температура обслуживания стальных подшипников превышает 120 ℃, твердость и срок службы катания уменьшатся. Нитрид кремния имеет хорошие температурные характеристики, особенно подходящие для высокотемпературной среды.
центробежная сила
Плотность нитрида кремния составляет около 3,24 × 103 кг/м3, в то время как плотность подшипника составляет около 7,8 × 103 кг/м3, что составляет всего около 40% плотности подшипной стали, поэтому, когда вращающийся элемент использует подшипник, Подшипник может сдерживать увеличение нагрузки на подкачание элемента, вызванную центробежной силой при вращении на высокой скорости.
Коэффициент линейного расширения
Коэффициент линейного расширения нитрида кремния составляет около 1/4 от коэффициента стали подшипника, поэтому изменение размера при температуре невелико, поэтому полезно использовать в среде с большим изменением температуры.
Твердость, коэффициент эластичности, соотношение Пуассона
Поскольку упругой коэффициент нитрида кремния примерно в 1,5 раза больше, чем у подшипника, упругая деформация относительной нагрузки невелика, а жесткость относительной нагрузки высока.
Коррозионная стойкость, немагнитная, изоляция
Когда стальные подшипники используются для оборудования, используемого в оборудовании химического оборудования, продуктов питания, морских и других отделов, коррозия является проблемой. В сильной магнитной среде, когда используются стальные подшипники, тонкий порошок, изношенный из самого подшипника, адсорбируется между каллинговым элементом и поверхностью катания, что станет основной причиной преждевременного ущерба для подшипника и увеличения шума.
2. Приготовление керамического подшипника нитрида кремния
Процесс препарата нитридного нитрида керамического глинозема керамического плунжера.
Приготовление керамического порошка нитрида кремния
Силиконовый нитрид порошок для подшипников должен иметь следующие важные характеристики: высокая чистота; Высоко однородные и мелкие частицы; α высокое содержание фазы. Наиболее подходящим методом приготовления порошка нитрида кремния является метод нитридации карботермального восстановления, причем реакционная формула 3SIO2+6C+2N2 = SI3N4+6CO. Порошок, полученный этим методом, имеет меньше примесей металлов, высокой чистоты и мелких частиц, α высокого содержания фазы, отвечающих требованиям материалов для подшипников.
Формирование кремниковых нитридных керамических подшипников, связанных с
Существует много методов приготовления кремниевых нитридных керамических подшипников, таких как реакция, спекание, горячее прессование, безжалостное спекание и вторичное реакцию. Чтобы получить полностью плотный материал нитрида кремния, идеальный метод горячего изостатического нажатия.
Обработка кремниковых нитридных керамических подшипников, связанных с
Обработка деталей, связанных с нитридом кремния, в основном аналогична таковой из стальных деталей подшипника, а механизм шлифования в основном одинаковы. Однако из -за больших различий между различными свойствами нитрида кремния и стали существуют значительные различия в инструментах шлифования, коэффициентов обработки, шлифовальных смеси и т. Д. При механической обработке и требованиях циркония керамики каждый процесс для размера частиц, типа , форма, количество, прочность, характеристики дробления, характеристики износа и т. Д. Абразивов различны. В настоящее время абразивы, используемые в основном, включают в себя карбид кремния, карбид бора, алмазный порошок и т. Д.
Сборка керамического подшипника нитрида кремния
Как правило, подшипники с холмиками состоит из четырех основных частей, а именно внешнего кольца, внутреннего кольца, каллингового элемента и клетки. Поскольку существует десять категорий подшипников, различные типы подшипников принимают разные формы клеток, так как методы сборки подшипников также различны.
Керамический подшипник из нитрида кремния, как важный механический базовый компонент, лидирует в новом материальном мире из -за его превосходных характеристик, с которыми не могут соответствовать другие подшипники. В последние годы в области аэрокосмической, навигации, ядерной промышленности, нефтяной, химической промышленности, легкой текстильной промышленности, машин, металлургии, электроэнергии, продуктов питания, локомотива, метро, высокоскоростных машин, научных исследований, оборонных и военных технологий и т. д., кремниевые нитридные керамические подшипники все чаще расположены в качестве незаменимых заменителей в специальных условиях труда, таких как высокая температура, высокая скорость, глубокая холода, легковоспламеняющаяся, взрывоопасная, сильная коррозия, вакуум, электрическая изоляция, не магнитная, сухое трение и т. Д.
Характеристики керамического субстрата нитрида кремния:
Благодаря миниатюризации высокопроизводительного электронного оборудования и его компонентов рассеивание тепла стало ключевым фактором, влияющим на производительность и надежность. Поскольку высокий тепловой поток приведет к деградации производительности и сокращению срока службы, среди различных технологий рассеяния тепла, система радиаторов является циркониевым керамическими деталями, полезными и удобными для миниатюризации, поскольку она может стать частью системы микроэлектронной упаковки.
Светодиодный керамический субстрат
Как мы все знаем, тепло, генерируемое во время работы полупроводниковых устройств, является ключевым фактором, который вызывает разрушение полупроводниковых устройств, а теплопроводность электрического изоляционного субстрата является ключом к рассеиванию тепла всех полупроводниковых устройств. Радиатор состоит из слоя металлической цепи и керамического субстрата, такой как нитрид алюминия, нитрид кремния, карбид кремния и оксид алюминия. Среди этих керамических субстратов нитрид кремния считается перспективным из-за его превосходной теплопроводности (60-90 Вт/мк), высокой механической прочности (650-850 МПа) и низкого коэффициента расширения. Фактически, керамический субстрат кремния нитрида обычно осаждается на субстрате посредством процессов прямого соединения меди (DBC) и прямого покрытия меди (DPC). DBC достигает усиленной адгезии за счет механической блокировки между металлической пленкой, осажденной при высокой температуре и подложкой, в то время как DPC достигает усиленной адгезии, образуя слой семян при осаждении вакуума.
Кроме того, из -за сложной механической среды, такой как турбулентность и вибрация, также требуются субстратные материалы с определенной механической надежностью. Керамический субстрат кремниевого нитрида относительно сбалансирован во всех аспектах и является структурным керамическим материалом с наилучшими комплексными показателями. Следовательно, нитрид кремния обладает сильной конкурентоспособностью в области производственных керамических субстратов для электронных устройств.
Алюминиевый нитрид керамический субстрат
В прошлом подложки схемы были плоскими материалами, состоящими из дискретных компонентов или интегрированных цепей и дискретных компонентов для удовлетворения функциональных требований общей схемы. Это требует только электрической изоляции и проводимости. После ввода интеллектуального информационного возраста также необходимо иметь возможность преобразовать и управлять электрической энергией, что значительно улучшает требования к электрическому управлению и производительности мощности оборудования, а также использование энергопотребления. Соответственно, общий субстрат больше не может соответствовать высоким требованиям к снижению теплового сопротивления сложных силовых устройств, контроля рабочей температуры и обеспечения надежности, и керамический субстрат с лучшей производительностью должна быть заменена.
Согласно требованиям к производительности электронных устройств на керамическом субстрате, материалы подложки должны иметь следующие свойства:
1. Хорошая изоляция и электрическая керамическая фланцевая стойкость;
2. Высокая теплопроводность: теплопроводность напрямую влияет на условия труда и срок службы полупроводников. Неровное температурное поле, вызванное плохой рассеянием тепла, также значительно увеличит шум электронных устройств;
3. Коэффициент термического расширения сочетается с другими материалами, используемыми в упаковке;
4. Высокочастотные характеристики, низкая диэлектрическая постоянная, низкая диэлектрическая потеря;
5. Поверхность гладкая, а толщина однородна, что удобно для печати цепи на поверхности подложки и обеспечивает однородную толщину печатной цепи;
Керамический субстрат
В настоящее время наиболее широко используемыми керамическими субстратными материалами являются в основном оксид алюминия и нитрид алюминия. Как нитрид кремния сравнивается с его производительностью? Следующая таблица показывает, что три керамические субстратные материалы имеют очевидные преимущества, особенно высокотемпературная устойчивость к кремниковым нитридным керамическим субстратным материалам в условиях высокой температуры, химической инертность к металлам, сверхвысокому жесткости, вязкость разрушения и другие механические свойства.
Поскольку нитрид кремния так превосходен, почему он все еще редко используется на рынке? Где его возможность развития?
Фактически, каждый из трех материалов имеет свои преимущества и недостатки. Например, хотя теплопроводность оксида алюминия плохая и не может идти в ногу с тенденцией развития мощного полупроводника, его производственный процесс является зрелым, а стоимость низкая, поэтому все еще существует большой спрос в низком уровне. Анкет Теплопроводность нитрида алюминия лучше всего подходит для полупроводниковых материалов. Его можно использовать в высококлассных отраслях, но его механические показатели плохие, что влияет на срок службы полупроводниковых устройств, а его стоимость использования высока. Нитрид кремния является лучшим в комплексной производительности, но порог входа высок.
В настоящее время многие внутренние научные научно-исследовательские институты и предприятия изучают, но технология сложна, стоимость производства высока, рынок невелик, а крупномасштабное применение еще не появилось. Это также причина, по которой многие предприятия все еще ждут, чтобы увидеть и не решили увеличить инвестиции. Но теперь ситуация отличается, потому что мир вступил в критический период для развития полупроводника третьего поколения. Силиконовые нитридные керамические субстраты имеют зрелые продукты в Соединенных Штатах и Японии. Китай предстоит пройти долгий путь в этом отношении.
Поделиться с:
