سرامیک سیلیکون نیترید: چگونه این "نیروگاه عملی" در سناریوهای صنعتی امروز ارزش ارائه می دهد؟

I. چرا سرامیک های نیترید سیلیکون می توانند در محیط های صنعتی شدید مقاومت کنند؟

به عنوان یک "مواد با کارایی بالا" برای مقابله با محیط های شدید در بخش صنعتی فعلی، سرامیک نیترید سیلیکون دارای ساختار پیوند کووالانسی سه بعدی متراکم و پایدار است. این ویژگی ریزساختاری مستقیماً به سه مزیت عملی تبدیل می شود - مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر شوک حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی - که هر کدام توسط نتایج آزمایش صنعتی واضح و سناریوهای کاربردی در دنیای واقعی پشتیبانی می شوند.

از نظر مقاومت در برابر سایش، سرامیک نیترید سیلیکون دارای سختی قابل توجهی بالاتر از فولاد ابزار سنتی است. در آزمایش‌های قطعات مکانیکی، پس از عملیات مداوم تحت شرایط کاری یکسان، اتلاف سایش توپ‌های سرامیکی نیترید سیلیکون به مراتب کمتر از توپ‌های فولادی است که نشان‌دهنده بهبود قابل‌توجهی در مقاومت به سایش است. به عنوان مثال، در صنعت نساجی، غلتک های ماشین های ریسندگی ساخته شده از فولاد سنتی به دلیل اصطکاک الیاف مستعد سایش هستند که منجر به ضخامت نخ یکنواخت می شود و هر 3 ماه یکبار نیاز به تعویض دارند. در مقابل، غلتک‌های سرامیکی نیترید سیلیکون سایش بسیار کندتری را نشان می‌دهند و چرخه جایگزینی آن تا 2 سال افزایش می‌یابد. این نه تنها زمان خرابی برای تعویض قطعه را کاهش می دهد (هر تعویض قبلاً به 4 ساعت خرابی نیاز داشت که اکنون سالانه 16 ساعت کاهش می یابد) بلکه میزان عیب نخ را از 3٪ به 0.5٪ کاهش می دهد.

در زمینه ابزارهای برش سرامیکی، تراش های CNC مجهز به قطعات ابزار سرامیکی نیترید سیلیکون می توانند مستقیماً فولاد سخت شده را برش دهند (بدون نیاز به بازپخت، فرآیندی که معمولاً 4 تا 6 ساعت در هر دسته طول می کشد) در حالی که به زبری سطح Ra ≤ 0.8 میکرومتر می رسد. علاوه بر این، عمر مفید بیت‌های ابزار سرامیکی نیترید سیلیکون 3 تا 5 برابر بیشتر از بیت‌های ابزار کاربید سیمانی سنتی است و راندمان پردازش یک دسته از قطعات را بیش از 40 درصد افزایش می‌دهد.

با توجه به عملکرد حرارتی، سرامیک های نیترید سیلیکون دارای ضریب انبساط حرارتی بسیار کمتری نسبت به فولاد کربن معمولی هستند، به این معنی که حداقل تغییر شکل حجمی زمانی که در معرض تغییرات شدید دما قرار می گیرند. آزمایش‌های شوک حرارتی صنعتی نشان می‌دهد که وقتی نمونه‌های سرامیکی نیترید سیلیکون از محیطی با دمای بالا 1000 درجه سانتی‌گراد گرفته می‌شوند و بلافاصله در حمام آب 20 درجه سانتی‌گراد غوطه‌ور می‌شوند، حتی پس از 50 سیکل بدون ترک و بدون آسیب باقی می‌مانند، تنها با کاهش 3 درصدی مقاومت فشاری. تحت شرایط آزمایشی مشابه، نمونه‌های سرامیکی آلومینا پس از 15 چرخه، ترک‌های آشکاری ایجاد می‌کنند که مقاومت فشاری آن 25 درصد کاهش می‌یابد.

این خاصیت باعث می شود که سرامیک نیترید سیلیکون در شرایط کاری با دمای بالا عالی باشد. به عنوان مثال، در تجهیزات ریخته‌گری پیوسته صنعت متالورژی، آسترهای قالب ساخته شده از سرامیک نیترید سیلیکون می‌توانند دمای بالای فولاد مذاب (800 تا 900 درجه سانتی‌گراد) را برای مدت طولانی تحمل کنند و در عین حال در تماس مکرر با آب خنک‌کننده باشند. عمر سرویس آنها 6 تا 8 برابر بیشتر از آسترهای آلیاژ مس سنتی است و چرخه تعمیر و نگهداری تجهیزات را از 1 ماه به 6 ماه افزایش می دهد.

از نظر پایداری شیمیایی، سرامیک‌های نیترید سیلیکون مقاومت بسیار خوبی در برابر اکثر اسیدهای معدنی و قلیایی‌های با غلظت پایین از خود نشان می‌دهند، به استثنای واکنش‌هایی با اسید هیدروفلوئوریک با غلظت بالا. در آزمایش‌های خوردگی انجام‌شده در صنایع شیمیایی، نمونه‌های آزمایشی سرامیک نیترید سیلیکون غوطه‌ور در محلول اسید سولفوریک 20 درصد در دمای 50 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 روز متوالی، نرخ کاهش وزن تنها 0.02 درصد را نشان دادند و هیچ علامت خوردگی آشکاری روی سطح مشاهده نشد. در مقابل، 304 قطعه تست فولاد ضد زنگ در شرایط یکسان دارای نرخ کاهش وزن 1.5٪ و لکه های زنگ آشکار بودند.

در صنعت آبکاری، پوشش مخازن آبکاری ساخته شده از سرامیک نیترید سیلیکون می تواند در تماس طولانی مدت با محلول های آبکاری مانند اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک بدون نشتی مقاومت کند (یک مشکل رایج در آسترهای PVC سنتی، که معمولاً 2 تا 3 بار در سال نشت می کند). طول عمر آسترهای سرامیکی نیترید سیلیکون از 1 سال به 5 سال افزایش یافته است و حوادث تولید ناشی از نشت محلول آبکاری (هر نشتی به 1-2 روز تعطیلی تولید برای جابجایی نیاز دارد) و آلودگی محیط زیست را کاهش می دهد.

علاوه بر این، سرامیک های نیترید سیلیکون خواص عایق عالی را در محیط های با دمای بالا حفظ می کنند. در 1200 درجه سانتیگراد، مقاومت حجمی آنها بین 1012-1013 Ω·cm باقی می ماند، که 104-105 برابر بیشتر از سرامیک های آلومینا سنتی است (با مقاومت حجمی تقریباً 108 Ω·cm در دمای 1200 درجه سانتیگراد). این آنها را برای سناریوهای عایق در دمای بالا، مانند براکت های عایق در کوره های الکتریکی با دمای بالا و آستین های عایق سیم با دمای بالا در تجهیزات هوافضا، ایده آل می کند.

II. سرامیک نیترید سیلیکون در حال حاضر در کدام زمینه های کلیدی کاربرد دارد؟

سرامیک های نیترید سیلیکون با استفاده از "انطباق پذیری چند کارایی" خود به طور گسترده در زمینه های کلیدی مانند ساخت ماشین آلات، دستگاه های پزشکی، مهندسی شیمی و انرژی و ارتباطات استفاده شده اند. هر زمینه دارای سناریوهای کاربردی خاص و مزایای عملی است که به طور موثر به چالش های تولیدی می پردازد که مواد سنتی برای غلبه بر آنها تلاش می کنند.

(1) ساخت ماشین آلات: ارتقاء دقیق از خودرو به ماشین آلات کشاورزی

در ساخت ماشین آلات، فراتر از ابزارهای برش معمولی سرامیکی، سرامیک نیترید سیلیکون به طور گسترده ای در اجزای هسته ای با دقت بالا و مقاوم در برابر سایش استفاده می شود. در موتورهای خودرو، شفت‌های پیستونی سرامیکی نیترید سیلیکون در سیستم‌های ریل مشترک فشار قوی موتورهای دیزلی استفاده می‌شود. با زبری سطح Ra ≤ 0.1 میکرومتر و تحمل ابعادی ± 0.001 میلی‌متر، 4 تا 25 برابر بهتر از شفت‌های پیستونی فولاد ضد زنگ (بسته به نوع سوخت) در برابر خوردگی سوخت مقاومت می‌کنند. پس از 10000 ساعت کار مداوم موتور، اتلاف سایش محورهای پیستون سرامیکی نیترید سیلیکون تنها 1/10 نسبت به فولاد ضد زنگ است، که میزان خرابی سیستم‌های ریل معمولی فشار بالا را از 3% به 0.5% کاهش می‌دهد و راندمان سوخت موتور را تا 5% بهبود می‌بخشد (0.3 کیلومتر در هر 10 لیتر در لیتر).

در ماشین‌های کشاورزی، چرخ دنده‌های دستگاه‌های اندازه‌گیری بذر در گلدان‌ها، ساخته شده از سرامیک نیترید سیلیکون، مقاومت بالایی در برابر سایش خاک و خوردگی آفت‌کش‌ها نشان می‌دهند. چرخ دنده های فولادی سنتی، زمانی که در عملیات زمین های کشاورزی استفاده می شوند، به سرعت توسط شن و ماسه در خاک فرسوده می شوند و توسط بقایای آفت کش ها خورده می شوند، معمولاً هر 3 ماه یکبار نیاز به تعویض دارند (با کاهش سایش ≥ 0.2 میلی متر، که منجر به خطای کاشت ≥ 5٪ می شود). در مقابل، چرخ دنده های سرامیکی نیترید سیلیکون را می توان به طور مداوم برای بیش از 1 سال استفاده کرد، با اتلاف سایش ≤ 0.03 میلی متر و خطای کاشت کنترل شده در 1٪، اطمینان از دقت کاشت پایدار و کاهش نیاز به بذرکاری مجدد.

در ماشین ابزار دقیق، پین های مکان یابی سرامیکی نیترید سیلیکون برای موقعیت یابی قطعه کار در مراکز ماشینکاری CNC استفاده می شود. با دقت موقعیت یابی مجدد 0.0005 ± میلی متر (4 برابر بیشتر از پین های مکان یابی فولادی، که دقت 0.002 ± میلی متر دارند)، حتی در موقعیت یابی با فرکانس بالا (1000 چرخه موقعیت یابی در روز) عمر طولانی را حفظ می کنند، چرخه تعمیر و نگهداری را از 6 ماه به 3 سال افزایش می دهد و برای تعویض سالیانه 2 ساعت از زمان به پایین کاهش می دهد. این به یک ماشین ابزار اجازه می دهد تا هر سال تقریباً 500 قطعه دیگر را پردازش کند.

(2) تجهیزات پزشکی: ارتقای ایمنی از دندانپزشکی به چشم پزشکی

در زمینه تجهیزات پزشکی، سرامیک های نیترید سیلیکون به دلیل "سختی بالا، غیر سمی بودن و مقاومت در برابر خوردگی مایعات بدن" به یک ماده ایده آل برای ابزارهای کم تهاجمی و ابزارهای دندانپزشکی تبدیل شده اند. در درمان دندان، توپ های سرامیکی نیترید سیلیکون برای مته های دندانی در اندازه های مختلف (1 میلی متر، 1.5 میلی متر، 2.381 میلی متر) برای مطابقت با سرعت های مختلف مته موجود است. این توپ‌های سرامیکی با پرداخت بسیار دقیق، به خطای گردی ≤ 0.5 میکرومتر دست می‌یابند. هنگامی که در مته‌های دندان‌پزشکی مونتاژ می‌شوند، می‌توانند با سرعت‌های فوق‌العاده بالا (تا 450000 دور در دقیقه) بدون آزاد کردن یون‌های فلزی (یک مشکل رایج در توپ‌های بلبرینگ فولاد ضد زنگ سنتی، که می‌تواند در 10 تا 15 درصد بیماران باعث ایجاد حساسیت شود) حتی پس از تماس طولانی‌مدت با مایعات بدن و مواد پاک‌کننده، کار کنند.

داده های بالینی نشان می دهد که مته های دندانپزشکی مجهز به توپ های سرامیکی نیترید سیلیکون دارای عمر مفید 3 برابر بیشتر از مته های سنتی هستند که هزینه تعویض ابزار کلینیک های دندانپزشکی را تا 67 درصد کاهش می دهد. علاوه بر این، ثبات عملیاتی بهبود یافته، ناراحتی ارتعاش بیماران را تا 30٪ کاهش می دهد (دامنه ارتعاش از 0.1 میلی متر به 0.07 میلی متر کاهش می یابد).

در جراحی چشم، سوزن های فیکوامولسیفیکاسیون برای جراحی آب مروارید، ساخته شده از سرامیک نیترید سیلیکون، قطر نوک آن تنها 0.8 میلی متر است. با سختی بالا و سطح صاف (زبری سطح Ra ≤ 0.02 میکرومتر)، آنها می توانند بدون خراش دادن بافت های داخل چشمی لنز را به طور دقیق بشکنند. در مقایسه با سوزن‌های سنتی آلیاژ تیتانیوم، سوزن‌های سرامیکی نیترید سیلیکون میزان خراش بافت را از 2% به 0.3 کاهش می‌دهند، اندازه برش جراحی را از 3 میلی‌متر به 2.2 میلی‌متر به حداقل می‌رسانند و زمان بهبودی پس از عمل را 1 تا 2 روز کوتاه می‌کنند. نسبت بیماران با حدت بینایی بازیابی شده به 0.8 یا بالاتر 15٪ افزایش می یابد.

در جراحی ارتوپدی، راهنماهای پیچی ساقه با حداقل تهاجم ساخته شده از سرامیک نیترید سیلیکون، سختی بالایی ارائه می دهند و با تصویربرداری CT یا MRI تداخلی ندارند (برخلاف راهنماهای فلزی سنتی، که باعث ایجاد مصنوعاتی می شوند که تصاویر را مبهم می کنند). این به پزشکان اجازه می دهد تا موقعیت راهنما را در زمان واقعی از طریق تجهیزات تصویربرداری تأیید کنند، خطای موقعیت یابی جراحی را از ± 1 میلی متر به 0.3 ± میلی متر کاهش می دهد و میزان بروز عوارض جراحی (مانند آسیب عصبی و ناهماهنگی پیچ) را تا 25 درصد کاهش می دهد.

(3) مهندسی شیمی و انرژی: ارتقای عمر خدمات از مواد شیمیایی زغال سنگ به استخراج نفت

مهندسی شیمی و بخش‌های انرژی، زمینه‌های اصلی کاربردی برای آن هستند سرامیک نیترید سیلیکون ، که در آن "مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر دمای بالا" آنها به طور موثری به مسائل مربوط به عمر کوتاه و هزینه های بالای نگهداری مواد سنتی می پردازند. در صنایع شیمیایی زغال سنگ، گازیفایرها تجهیزات اصلی برای تبدیل زغال سنگ به گاز سنتز هستند و لاینرهای آنها باید دماهای بالای 1300 درجه سانتیگراد و خوردگی گازهایی مانند سولفید هیدروژن (H2S) را برای مدت طولانی تحمل کنند.

پیش از این، آسترهای فولادی کرومی مورد استفاده در این سناریو، میانگین عمر مفیدی تنها 1 سال داشتند که به 20 روز توقف برای جایگزینی نیاز داشت و هزینه های نگهداری بیش از 5 میلیون یوان در هر واحد را متحمل می شد. پس از جابجایی به آسترهای سرامیکی نیترید سیلیکون (با پوشش ضد نفوذ 10 میکرومتر برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی)، عمر سرویس به بیش از 5 سال افزایش می‌یابد و چرخه نگهداری بر این اساس طولانی‌تر می‌شود. این کار باعث کاهش 4 روز از زمان توقف سالانه یک گازیفایر و صرفه جویی 800000 یوان در هزینه های تعمیر و نگهداری در هر سال می شود.

در صنعت استخراج نفت، محفظه‌های دستگاه‌های چوب‌برداری از چاه‌هایی که از سرامیک نیترید سیلیکون ساخته شده‌اند، می‌توانند در برابر دماهای بالا (بالای 150 درجه سانتی‌گراد) و خوردگی آب نمک (میزان نمک آب نمک ≥ 20%) در چاه‌های عمیق مقاومت کنند. محفظه های فلزی سنتی (به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ 316) اغلب پس از 6 ماه استفاده، نشتی ایجاد می کنند که باعث خرابی ابزار می شود (با میزان خرابی تقریباً 15٪ در سال). در مقابل، محفظه های سرامیکی نیترید سیلیکون می توانند بیش از 2 سال با نرخ خرابی کمتر از 1٪ به طور پایدار کار کنند و از تداوم داده های ثبت اطمینان حاصل کنند و نیاز به اجرای مجدد عملیات را کاهش دهند (هر اجرای مجدد 30000 تا 50000 یوان هزینه دارد).

در صنعت الکترولیز آلومینیوم، دیواره های جانبی سلول های الکترولیتی باید در برابر خوردگی الکترولیت های مذاب در دمای 950 درجه سانتی گراد مقاومت کنند. دیوارهای جانبی کربنی سنتی متوسط ​​عمر مفیدی معادل 2 سال دارند و مستعد نشت الکترولیت هستند (1 تا 2 نشت در سال که هر کدام به 3 روز تعطیلی تولید برای جابجایی نیاز دارند). پس از استفاده از دیوارهای جانبی سرامیکی نیترید سیلیکون، مقاومت خوردگی آنها در برابر الکترولیت های مذاب سه برابر می شود و عمر مفید آن را از 2 سال به 8 سال افزایش می دهد. علاوه بر این، رسانایی گرمایی سرامیک‌های نیترید سیلیکون (تقریباً 15 W/m·K) تنها 30% از مواد کربنی است (تقریباً 50 W/m·K) که باعث کاهش اتلاف حرارت از سلول الکترولیتی و کاهش مصرف انرژی واحد الکترولیز آلومینیوم به میزان 3% (صرفه‌جویی در کیلووات ساعت در آلومینیوم در هر 150) می‌شود. یک سلول الکترولیتی تنها حدود 120000 یوان در هزینه برق در هر سال صرفه جویی می کند.

(4) ارتباطات 5G: ارتقای عملکرد از ایستگاه های پایه به سیستم های سوار بر خودرو

در زمینه ارتباطات 5G، سرامیک‌های نیترید سیلیکون به دلیل "ثابت دی الکتریک پایین، تلفات کم و مقاومت در برابر دمای بالا" به یک ماده کلیدی برای رادوم ایستگاه‌های پایه و پوشش‌های رادار تبدیل شده‌اند. رادوم‌های ایستگاه پایه 5G باید از نفوذ سیگنال در حین تحمل شرایط سخت در فضای باز مانند باد، باران، دمای بالا و اشعه ماوراء بنفش اطمینان حاصل کنند.

رادوم های فایبرگلاس سنتی دارای ثابت دی الکتریک تقریباً 5.5 و افت نفوذ سیگنال در حدود 3 دسی بل هستند. در مقابل، سرامیک های متخلخل نیترید سیلیکون (با اندازه منافذ قابل تنظیم 10-50 میکرومتر و تخلخل 30٪-50٪) دارای ثابت دی الکتریک 3.8-4.5 و افت نفوذ سیگنال به کمتر از 1.5 دسی بل کاهش می یابد، که شعاع پوشش سیگنال را از 575٪ به 500 متر افزایش می دهد (500٪ به متر).

علاوه بر این، سرامیک‌های متخلخل نیترید سیلیکون می‌توانند تا دمای 1200 درجه سانتی‌گراد را تحمل کنند و شکل و عملکرد خود را بدون پیری حتی در مناطق با دمای بالا (با دمای سطح به 60 درجه سانتی‌گراد در تابستان) حفظ کنند. عمر مفید آنها در مقایسه با رادوم های فایبرگلاس دو برابر شده است (از 5 سال به 10 سال افزایش می یابد) که هزینه جایگزینی رادوم های ایستگاه پایه را 50٪ کاهش می دهد.

در ایستگاه های پایه ارتباطات دریایی، رادوم های سرامیکی نیترید سیلیکون می توانند در برابر خوردگی نمک آب دریا (با غلظت یون کلرید تقریباً 19000 میلی گرم در لیتر در آب دریا) مقاومت کنند. رادوم‌های فایبرگلاس سنتی معمولاً بعد از 2 سال استفاده دریایی، پیری و لایه‌برداری سطح (با سطح لایه‌برداری ≥ 10٪) را نشان می‌دهند که نیاز به جایگزینی زودهنگام دارند. در مقابل، رادوم های سرامیکی نیترید سیلیکون را می توان برای بیش از 5 سال بدون خوردگی آشکار استفاده کرد، فرکانس تعمیر و نگهداری (از هر 2 سال یک بار به هر 5 سال یک بار) کاهش می یابد و تقریباً 20000 یوان در هزینه های نیروی کار در هر تعمیر و نگهداری صرفه جویی می شود.

در سیستم‌های رادار سوار بر خودرو، پوشش‌های رادار سرامیکی نیترید سیلیکون می‌توانند در محدوده دمایی وسیع (40- تا 125 درجه سانتی‌گراد) کار کنند. در آزمایش‌های رادار موج میلی‌متری (باند فرکانس 77 گیگاهرتز)، مماس تلفات دی‌الکتریک آنها (tanδ) ≤ 0.002 است، بسیار کمتر از پوشش‌های رادار پلاستیکی سنتی (tanδ ≈ 0.01). این امر فاصله تشخیص رادار را از 150 متر به 180 متر افزایش می دهد (20٪ بهبود) و پایداری تشخیص را در آب و هوای شدید (باران، مه) 30٪ افزایش می دهد (کاهش خطای تشخیص از ± 5 متر به 3.5 ± متر)، به وسایل نقلیه کمک می کند موانع را از قبل شناسایی کنند و ایمنی رانندگی را بهبود می بخشد.

III. چگونه فن‌آوری‌های آماده‌سازی کم‌هزینه موجود باعث محبوبیت سرامیک‌های نیترید سیلیکون می‌شوند؟

پیش از این، استفاده از سرامیک های نیترید سیلیکون به دلیل هزینه های بالای مواد خام، مصرف انرژی بالا و فرآیندهای پیچیده در تهیه آنها محدود شده بود. امروزه، انواع فن‌آوری‌های آماده‌سازی کم‌هزینه بالغ، صنعتی شده‌اند که هزینه‌ها را در کل فرآیند (از مواد اولیه تا شکل‌دهی و پخت) کاهش می‌دهند و در عین حال عملکرد محصول را تضمین می‌کنند. این امر کاربرد وسیع سرامیک‌های نیترید سیلیکون را در زمینه‌های بیشتری ارتقا داده است و هر فناوری با اثرات و موارد کاربردی واضح پشتیبانی می‌شود.

(1) سنتز احتراق چاپ سه بعدی: راه حلی کم هزینه برای ساختارهای پیچیده

پرینت سه بعدی همراه با سنتز احتراق یکی از فناوری‌های اصلی است که باعث کاهش هزینه سرامیک‌های نیترید سیلیکون در سال‌های اخیر می‌شود و مزایایی مانند "مواد خام کم هزینه، مصرف انرژی پایین و ساختارهای پیچیده قابل تنظیم" را ارائه می‌دهد.

آماده سازی سنتی سرامیک نیترید سیلیکون از پودر نیترید سیلیکون با خلوص بالا (با خلوص 99.9٪، قیمت تقریباً 800 یوان / کیلوگرم) استفاده می کند و نیاز به پخت در کوره با دمای بالا (1800-1900 درجه سانتیگراد) دارد که منجر به مصرف انرژی بالا (تقریباً 5000 کیلو وات ساعت محصول) می شود. در مقابل، فناوری سنتز احتراق پرینت سه بعدی از پودر سیلیکون معمولی درجه صنعتی (با خلوص 98 درصد، قیمت تقریباً 50 یوان بر کیلوگرم) به عنوان ماده خام استفاده می کند. ابتدا از فناوری چاپ سه بعدی تف جوشی لیزری انتخابی (SLS) برای چاپ پودر سیلیکون در بدنه سبز رنگ مورد نظر (با دقت چاپ 0.1 ± میلی متر) استفاده می شود. سپس بدن سبز در یک راکتور مهر و موم شده قرار می گیرد و گاز نیتروژن (99.9 درصد خلوص) وارد می شود. با حرارت دادن الکتریکی بدنه سبز رنگ تا نقطه اشتعال سیلیکون (تقریباً 1450 درجه سانتیگراد)، پودر سیلیکون به طور خود به خود با نیتروژن واکنش می دهد و نیترید سیلیکون را تشکیل می دهد (فرمول واکنش: 3Si 2N2 = Si3N4). گرمای آزاد شده توسط واکنش، واکنش‌های بعدی را حفظ می‌کند، و نیاز به گرمایش مداوم خارجی با دمای بالا را از بین می‌برد و به «تخلخل مصرف انرژی نزدیک به صفر» (مصرف انرژی به کمتر از 1000 کیلووات ساعت در هر تن محصول کاهش می‌یابد).

هزینه مواد اولیه این فناوری تنها 6.25 درصد از فرآیندهای سنتی است و مصرف انرژی پخت بیش از 80 درصد کاهش می یابد. علاوه بر این، فناوری چاپ سه بعدی تولید مستقیم محصولات سرامیکی نیترید سیلیکون با ساختارهای متخلخل پیچیده یا اشکال خاص را بدون پردازش بعدی امکان پذیر می کند (فرآیندهای سنتی نیاز به مراحل متعدد برش و سنگ زنی دارند که منجر به میزان تلفات مواد تقریباً 20٪ می شود و میزان استفاده از مواد را به بیش از 95٪ افزایش می دهد).

به عنوان مثال، شرکتی که از این فناوری برای تولید هسته‌های فیلتر سرامیکی نیترید سیلیکون متخلخل استفاده می‌کند، به خطای یکنواختی اندازه منافذ ≤ 5 درصد دست می‌یابد، چرخه تولید را از 15 روز (فرایند سنتی) به 3 روز کوتاه می‌کند و نرخ صلاحیت محصول را از 85 درصد به 98 درصد افزایش می‌دهد. هزینه تولید یک هسته فیلتر از 200 یوان به 80 یوان کاهش می یابد. در تجهیزات تصفیه فاضلاب، این هسته‌های فیلتر سرامیکی متخلخل با چاپ سه بعدی می‌توانند به طور موثر ناخالصی‌های موجود در فاضلاب (با دقت فیلتراسیون تا 1 میکرومتر) را فیلتر کنند و در برابر خوردگی اسید و باز مقاومت کنند (مناسب برای فاضلاب با محدوده pH 2 تا 12). عمر مفید آنها 3 برابر بیشتر از هسته های فیلتر پلاستیکی سنتی است (از 6 ماه به 18 ماه افزایش یافته است) و هزینه تعویض کمتر است. آنها در بسیاری از تصفیه خانه های فاضلاب کوچک و متوسط ​​مورد استفاده قرار گرفته اند و به کاهش هزینه تعمیر و نگهداری سیستم های تصفیه تا 40٪ کمک می کنند.

(2) بازیافت قالب فلزی ریخته گری ژل: کاهش قابل توجه در هزینه های قالب

ترکیبی از فناوری ریخته‌گری ژل و بازیافت قالب‌های فلزی هزینه‌ها را از دو جنبه کاهش می‌دهد - "هزینه قالب" و "بازده شکل‌دهی" - مشکل هزینه‌های بالای ناشی از استفاده یکباره از قالب‌ها در فرآیندهای ریخته‌گری ژل سنتی را حل می‌کند.

در فرآیندهای ریخته‌گری ژل سنتی، بیشتر از قالب‌های رزینی استفاده می‌شود که فقط 1 تا 2 بار قبل از دور ریختن می‌توان استفاده کرد (رزین به دلیل انقباض خشک در حین شکل‌گیری مستعد ترک خوردن است). برای محصولات سرامیکی نیترید سیلیکون با اشکال پیچیده (مانند آستین های بلبرینگ به شکل خاص)، هزینه یک قالب رزین منفرد تقریباً 5000 یوان است و چرخه تولید قالب 7 روز طول می کشد که به طور قابل توجهی هزینه های تولید را افزایش می دهد.

در مقابل، فناوری بازیافت قالب فلزی ریخته گری ژل از آلیاژهای همجوشی با دمای پایین (با نقطه ذوب تقریباً 100 تا 150 درجه سانتیگراد، مانند آلیاژهای بیسموت قلع) برای ساخت قالب استفاده می کند. این قالب های آلیاژی را می توان 50 تا 100 بار مورد استفاده مجدد قرار داد و پس از استهلاک هزینه قالب، هزینه قالب به ازای هر دسته از محصولات از 5000 یوان به 50 تا 100 یوان کاهش می یابد که بیش از 90 درصد کاهش می یابد.

جریان فرآیند خاص به شرح زیر است: ابتدا آلیاژ ذوب پذیر در دمای پایین گرم و ذوب می شود، سپس در قالب اصلی فولادی (که می تواند برای مدت طولانی استفاده شود) ریخته می شود و برای تشکیل یک قالب آلیاژ سرد می شود. در مرحله بعد، دوغاب سرامیکی نیترید سیلیکون (متشکل از پودر نیترید سیلیکون، بایندر و آب، با محتوای جامد تقریباً 60٪) به قالب آلیاژ تزریق می شود و در دمای 60 تا 80 درجه سانتی گراد به مدت 2 تا 3 ساعت انکوبه می شود تا ژل و دوغاب به یک بدنه سبز تبدیل شود. در نهایت، قالب آلیاژی با بدنه سبز تا 100 تا 150 درجه سانتیگراد گرم می شود تا قالب آلیاژ دوباره ذوب شود (نرخ بازیافت آلیاژ بیش از 95٪ است) و بدنه سبز سرامیکی در همان زمان خارج می شود (تراکم نسبی بدنه سبز تقریباً 55٪ است و چگالی نسبی می تواند پس از سینتر شدن به بیش از 98٪ برسد).

این فناوری نه تنها هزینه های قالب را کاهش می دهد بلکه چرخه تولید قالب را از 7 روز به 1 روز کوتاه می کند و راندمان تشکیل بدنه سبز را تا 6 برابر افزایش می دهد. یک شرکت سرامیکی که از این فناوری برای تولید شفت های پیستونی سرامیکی نیترید سیلیکون استفاده می کند، ظرفیت تولید ماهانه خود را از 500 قطعه به 3000 قطعه افزایش داد، هزینه قالب را برای هر محصول از 10 یوان به 0.2 یوان کاهش داد و هزینه محصول جامع را تا 18 درصد کاهش داد. در حال حاضر، شفت‌های پیستون سرامیکی تولید شده توسط این شرکت به‌صورت دسته‌ای برای بسیاری از تولیدکنندگان موتور خودرو عرضه شده است، که جایگزین شفت‌های پیستون فولاد ضد زنگ سنتی می‌شود و به خودروسازان کمک می‌کند تا میزان خرابی سیستم‌های ریل معمولی فشار قوی موتور را از 3% به 0.3% کاهش دهند و تقریباً 10 میلیون یوان در هزینه‌های تعمیر و نگهداری در هر سال صرفه‌جویی کنند.

(3) فرآیند پرس خشک: انتخابی کارآمد برای تولید انبوه

فرآیند پرس خشک از طریق "فرایندهای ساده و صرفه جویی در انرژی" باعث کاهش هزینه می شود و آن را به ویژه برای تولید انبوه محصولات سرامیکی نیترید سیلیکون با اشکال ساده (مانند گلوله های بلبرینگ و بوشینگ) مناسب می کند. در حال حاضر این فرآیند اصلی آماده سازی محصولات استاندارد شده مانند بلبرینگ ها و مهر و موم های سرامیکی است.

فرآیند پرس مرطوب سنتی مستلزم مخلوط کردن پودر نیترید سیلیکون با مقدار زیادی آب (یا حلال‌های آلی) برای ایجاد دوغاب (با محتوای جامد تقریباً 50-40%)، و سپس تشکیل، خشک کردن (در دمای 80 تا 120 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت) و جداسازی (در دمای 600-80 درجه سانتی‌گراد) است. این فرآیند دست و پا گیر و انرژی بر است و بدنه سبز در حین خشک شدن مستعد ترک خوردن است (با نرخ ترک تقریباً 5٪ تا 8٪) که بر نرخ صلاحیت محصول تأثیر می گذارد.

در مقابل، فرآیند پرس خشک مستقیماً از پودر نیترید سیلیکون استفاده می‌کند (با مقدار کمی چسب جامد، مانند پلی وینیل الکل، که به نسبت 2 تا 3 درصد جرم پودر اضافه می‌شود). این مخلوط به مدت 1 تا 2 ساعت در یک میکسر با سرعت بالا (در حال چرخش در 1500-2000 دور در دقیقه) مخلوط می شود تا اطمینان حاصل شود که بایندر به طور یکنواخت سطح پودر را می پوشاند و پودری با سیالیت خوب تشکیل می دهد. سپس پودر برای پرس خشک (فشار شکل دهی معمولاً 20 تا 50 مگاپاسکال است که با توجه به شکل محصول تنظیم می شود) به پرس وارد می شود تا بدنه سبز رنگ با چگالی یکنواخت (تراکم نسبی بدنه سبز تقریباً 60٪ - 65٪) در یک مرحله تشکیل شود.

این فرآیند به طور کامل مراحل خشک کردن و جداسازی را حذف می کند و چرخه تولید را از 48 ساعت (فرایند مرطوب سنتی) به 8 ساعت کوتاه می کند - کاهش بیش از 30٪. در عین حال، از آنجایی که برای خشک کردن و جداسازی نیازی به گرمایش نیست، مصرف انرژی به ازای هر تن محصول از 500 کیلووات ساعت به 100 کیلووات ساعت کاهش می یابد که کاهش 80 درصدی را نشان می دهد.

علاوه بر این، فرآیند پرس خشک هیچ گونه فاضلاب یا انتشار گازهای زائد تولید نمی کند (فرایند پرس مرطوب نیاز به تصفیه فاضلاب حاوی چسب دارد)، دستیابی به "انتشار کربن صفر" و برآورده کردن الزامات تولید حفاظت از محیط زیست. یک شرکت بلبرینگ با استفاده از فرآیند پرس خشک برای تولید گلوله های بلبرینگ سرامیکی نیترید سیلیکون (با قطر 5 تا 20 میلی متر)، طراحی قالب و پارامترهای پرس را بهینه کرد، نرخ ترک خوردگی بدنه سبز را به زیر 0.5٪ کنترل کرد و نرخ صلاحیت محصول را از 88٪ (فرایند مرطوب) به 99٪ افزایش داد. ظرفیت تولید سالانه از 100000 قطعه به 300000 قطعه افزایش یافت، هزینه انرژی هر محصول از 5 یوان به 1 یوان کاهش یافت و شرکت به دلیل عدم نیاز به تصفیه فاضلاب، هر سال 200000 یوان در هزینه های تصفیه زیست محیطی صرفه جویی کرد.

این توپ های بلبرینگ سرامیکی روی دوک های ماشین ابزار پیشرفته اعمال شده است. در مقایسه با گلوله های بلبرینگ فولادی، تولید گرمای اصطکاکی را در حین کار اسپیندل کاهش می دهند (ضریب اصطکاک از 0.0015 به 0.001 کاهش می یابد)، سرعت اسپیندل را 15٪ افزایش می دهد (از 8000 دور در دقیقه به 9200 دور در دقیقه) و اطمینان از پایداری بیشتر خطای پردازش از 2 میلی متر به 0 کاهش می یابد. 0.001 ± میلی متر).

(4) نوآوری در مواد خام: مونازیت جایگزین اکسیدهای کمیاب زمین می شود

نوآوری در مواد خام حمایتی حیاتی برای کاهش هزینه سرامیک های نیترید سیلیکون فراهم می کند، که در میان آنها فناوری "استفاده از مونازیت به جای اکسیدهای خاکی کمیاب به عنوان کمک تف جوشی" صنعتی شده است.

در فرآیند پخت سنتی سرامیک‌های نیترید سیلیکون، اکسیدهای خاکی کمیاب (مانند Y2O3 و La2O3) به عنوان کمک تف جوشی برای کاهش دمای پخت (از بالای 2000 درجه سانتی‌گراد به حدود 1800 درجه سانتی‌گراد) اضافه می‌شوند و باعث رشد دانه‌ها می‌شوند و ساختاری متراکم را تشکیل می‌دهند. با این حال، این اکسیدهای خاکی کمیاب با خلوص بالا گران هستند (Y2O3 تقریباً 2000 یوان/کیلوگرم، La2O3 تقریباً 1500 یوان/کیلوگرم قیمت دارد)، و مقدار اضافه معمولاً 5٪ تا 10٪ (بر حسب جرم) است که بیش از 60٪ از قیمت کل مواد خام را افزایش می دهد.

مونازیت یک ماده معدنی خاکی کمیاب طبیعی است که عمدتاً از چندین اکسید خاکی کمیاب مانند CeO2، La2O3 و Nd2O3 تشکیل شده است. پس از تصفیه، اسیدشویی و تصفیه استخراج، خلوص کل اکسیدهای خاکی کمیاب می تواند به بیش از 95٪ برسد و قیمت آن تنها تقریباً 100 یوان بر کیلوگرم است که بسیار کمتر از اکسیدهای خاکی کمیاب با خلوص بالا است. مهمتر از آن، اکسیدهای خاکی کمیاب متعدد در مونازیت اثر هم افزایی دارند - CeO2 باعث تراکم در مراحل اولیه تف جوشی می شود، La2O3 از رشد بیش از حد دانه جلوگیری می کند و Nd2O3 چقرمگی شکست سرامیک ها را بهبود می بخشد - که منجر به اثرات تف جوشی کامل RA منفرد می شود.

داده‌های تجربی نشان می‌دهند که برای سرامیک‌های نیترید سیلیکون اضافه شده با مونازیت 5 درصد (بر حسب جرم)، دمای تف جوشی را می‌توان از 1800 درجه سانتی‌گراد (فرایند سنتی) به 1600 درجه سانتی‌گراد کاهش داد، زمان پخت را از 4 ساعت به 2 ساعت کاهش داد و مصرف انرژی را تا 25 درصد کاهش داد. در همان زمان، استحکام خمشی سرامیک‌های نیترید سیلیکون آماده‌شده به 850 مگاپاسکال می‌رسد و چقرمگی شکست به 7.5 مگاپاسکال در متر¹/² می‌رسد که با محصولات اضافه‌شده با اکسیدهای خاکی کمیاب قابل مقایسه است (مقاومت خمشی 800-850 مگاپاسکال، چقرمگی شکست ¹5 MPa · 7 تافورم صنعتی کامل.

یک شرکت تولید مواد سرامیکی که مونازیت را به عنوان کمک پخت استفاده کرد، هزینه مواد خام خود را از 12000 یوان در تن به 6000 یوان در تن کاهش داد که 50 درصد کاهش داشت. در همین حال، به دلیل دمای پایین‌تر پخت، طول عمر کوره زینترینگ از 5 سال به 8 سال افزایش یافت و هزینه‌های استهلاک تجهیزات را تا 37.5 درصد کاهش داد. آجرهای اندود سرامیکی نیترید سیلیکونی ارزان قیمت (با ابعاد 200 میلی متر × 100 میلی متر × 50 میلی متر) تولید شده توسط این شرکت به صورت دسته ای برای دیواره داخلی کتری های واکنش شیمیایی جایگزین آجرهای روکش سنتی با آلومینا بالا عرضه شده است. عمر مفید آنها از 2 سال به 4 سال افزایش یافته است و به شرکت های شیمیایی کمک می کند تا چرخه تعمیر و نگهداری کتری های واکنشی را دو برابر کنند و سالانه 300000 یوان در هزینه های نگهداری برای هر کتری صرفه جویی کنند.

IV. هنگام استفاده از سرامیک های سیلیکون نیترید به چه نکات نگهداری و حفاظتی باید توجه کرد؟

اگرچه سرامیک‌های نیترید سیلیکون عملکرد عالی دارند، نگهداری و حفاظت علمی در استفاده عملی می‌تواند عمر مفید آن‌ها را افزایش دهد، از آسیب‌های ناشی از عملکرد نامناسب جلوگیری کند، و مقرون به صرفه بودن کاربرد آنها را بهبود بخشد - به ویژه برای پرسنل تعمیر و نگهداری تجهیزات و اپراتورهای خط مقدم.

(1) تمیز کردن روزانه: از آسیب سطح و تخریب عملکرد جلوگیری کنید

اگر ناخالصی‌هایی مانند روغن، گرد و غبار یا مواد خورنده به سطح سرامیک‌های نیترید سیلیکون بچسبند، تجمع طولانی‌مدت بر مقاومت سایش، عملکرد آب‌بندی یا عملکرد عایق تأثیر می‌گذارد. روش های تمیز کردن مناسب باید با توجه به سناریوی کاربردی انتخاب شوند.

برای قطعات سرامیکی در تجهیزات مکانیکی (مانند یاتاقان ها، محورهای پیستون و پین های مکان یابی)، ابتدا باید از هوای فشرده (با فشار 0.4 تا 0.6 مگاپاسکال) برای دمیدن گرد و غبار سطح استفاده شود، سپس با یک پارچه نرم یا اسفنج آغشته به یک محلول تمیز کننده خنثی به عنوان الکل 1% صنعتی (5 درصد) پاک کنید. برای جلوگیری از خراشیدگی سطح سرامیکی باید از ابزارهای سخت مانند پشم فولادی، کاغذ سنباده یا خراش‌های سفت اجتناب شود - خراش‌های سطحی به ساختار متراکم آسیب می‌رسانند، مقاومت سایش را کاهش می‌دهند (میزان سایش ممکن است ۲ تا ۳ برابر افزایش یابد) و باعث نشتی در سناریوهای آب‌بندی می‌شود.

برای اجزای سرامیکی در دستگاه‌های پزشکی (مانند توپ‌های مته‌های دندانپزشکی و سوزن‌های جراحی)، روش‌های تمیز کردن استریل دقیق باید دنبال شود: ابتدا سطح را با آب دیونیزه بشویید تا بقایای خون و بافت از بین برود، سپس در یک دستگاه ضدعفونی کننده با دمای بالا و فشار بالا (121 درجه سانتی‌گراد، 0.1 MPa 30 دقیقه) استریل کنید. پس از استریل کردن، برای جلوگیری از آلودگی ناشی از تماس دست، اجزا باید با موچین های استریل جدا شوند و از برخورد با ابزارهای فلزی (مانند پنس جراحی و سینی) جلوگیری شود تا از بریدگی یا ترک خوردن اجزای سرامیکی جلوگیری شود (تراشه ها باعث تمرکز استرس در حین استفاده می شود که احتمالاً منجر به شکستگی می شود).

برای آسترهای سرامیکی و خطوط لوله در تجهیزات شیمیایی، تمیز کردن باید پس از توقف حمل و نقل و خنک کردن تجهیزات تا دمای اتاق انجام شود (برای جلوگیری از آسیب شوک حرارتی ناشی از تمیز کردن در دمای بالا). یک تفنگ آب فشار بالا (با دمای آب 20 تا 40 درجه سانتیگراد و فشار 1 تا 2 مگاپاسکال) می تواند برای شستشوی رسوب یا ناخالصی های متصل به دیواره داخلی استفاده شود. برای مقیاس ضخیم، می توان از یک ماده پاک کننده اسید ضعیف (مانند محلول اسید سیتریک 5٪) برای خیساندن 1 تا 2 ساعت قبل از شستشو استفاده کرد. مواد پاک کننده خورنده قوی (مانند اسید هیدروکلریک غلیظ و اسید نیتریک غلیظ) برای جلوگیری از خوردگی سطح سرامیکی ممنوع هستند.

(2) نصب و مونتاژ: تنش و دقت اتصال را کنترل کنید

اگرچه سرامیک های نیترید سیلیکون سختی بالایی دارند، اما شکنندگی نسبتاً بالایی دارند (چقرمگی شکست تقریباً 7-8 MPa·m¹/²، بسیار کمتر از فولاد، که بالاتر از 150 MPa·m¹/² است). تنش نامناسب یا دقت ناکافی نصب در هنگام نصب و مونتاژ ممکن است منجر به ترک یا شکستگی شود. نکات زیر باید مورد توجه قرار گیرد:

اجتناب از ضربه سخت: در هنگام نصب قطعات سرامیکی، ضربه زدن مستقیم با ابزارهایی مانند چکش یا آچار ممنوع است. برای نصب کمکی باید از ابزارهای نرم مخصوص (مانند چکش های لاستیکی و آستین های مسی) یا ابزارهای هدایت کننده استفاده کرد. به عنوان مثال، هنگام نصب پین های مکان یابی سرامیکی، ابتدا باید مقدار کمی گریس روان کننده (مانند گریس دی سولفید مولیبدن) بر روی سوراخ نصب اعمال شود، سپس با یک سر فشار مخصوص (با سرعت تغذیه ≤ 5 میلی متر بر ثانیه) به آرامی به داخل فشار داده شود و نیروی فشاری باید کمتر از 1/3 از سرم را کنترل کرد. 200 مگاپاسکال) برای جلوگیری از شکستن پین مکان یابی به دلیل اکستروژن بیش از حد.

فاصله اتصالات کنترلی: فاصله اتصال بین اجزای سرامیکی و اجزای فلزی باید مطابق با سناریوی کاربردی طراحی شود، معمولاً با استفاده از تناسب انتقال یا جابجایی کوچک (ترخیص 0.005-0.01 میلی متر). باید از تناسب تداخل اجتناب شود - تداخل باعث می شود که قطعه سرامیکی تحت فشار فشاری طولانی مدت قرار گیرد و به راحتی منجر به ریزترک شود. به عنوان مثال، برای تناسب بین یک یاتاقان سرامیکی و یک شفت، تناسب تداخل ممکن است باعث تمرکز تنش به دلیل انبساط حرارتی در حین کار با سرعت بالا شود که منجر به شکستگی یاتاقان شود. فاصله بیش از حد باعث افزایش ارتعاش در حین کار می شود که بر دقت تأثیر می گذارد.

طراحی گیره الاستیک: برای اجزای سرامیکی که نیاز به تثبیت دارند (مانند قطعات ابزار سرامیکی و محفظه های حسگر)، ساختارهای گیره الاستیک باید به جای بستن سفت و سخت اتخاذ شوند. به عنوان مثال، اتصال بین یک قطعه ابزار سرامیکی و یک نگهدارنده ابزار می تواند از یک حلقه فنری یا آستین انبساط الاستیک برای بستن استفاده کند، با استفاده از تغییر شکل عناصر الاستیک برای جذب نیروی گیره و جلوگیری از خرد شدن بیت ابزار به دلیل استرس موضعی زیاد. گیره سفت و سخت پیچ سنتی مستعد ایجاد ترک در بیت ابزار است و عمر مفید آن را کوتاه می کند.

(3) سازگاری با شرایط کاری: از تجاوز از محدودیت های عملکرد خودداری کنید

سرامیک های نیترید سیلیکون دارای محدودیت های عملکردی واضح هستند. تجاوز از این محدودیت ها در شرایط کاری منجر به تخریب یا آسیب سریع عملکرد می شود که مستلزم سازگاری منطقی با توجه به سناریوهای واقعی است:

کنترل دما: دمای سرویس طولانی مدت سرامیک نیترید سیلیکون معمولاً بالاتر از 1400 درجه سانتیگراد نیست و محدودیت دمای بالا در کوتاه مدت تقریباً 1600 درجه سانتیگراد است. استفاده طولانی مدت در محیط های با دمای فوق العاده بالا (بالاتر از 1600 درجه سانتیگراد) باعث رشد دانه ها و سستی ساختاری می شود که منجر به کاهش استحکام می شود (استحکام خمشی ممکن است پس از نگهداری در دمای 1600 درجه سانتیگراد به مدت 10 ساعت بیش از 30٪ کاهش یابد). بنابراین، در سناریوهای دمای بسیار بالا مانند متالورژی و تولید شیشه، باید از پوشش‌های عایق حرارتی (مانند پوشش‌های زیرکونیایی با ضخامت 50 تا 100 میکرومتر) یا سیستم‌های خنک‌کننده (مانند ژاکت‌های آب خنک) برای اجزای سرامیکی برای کنترل دمای سطح زیر 1،20 درجه سانتی‌گراد استفاده شود.

حفاظت در برابر خوردگی: محدوده مقاومت در برابر خوردگی سرامیک های نیترید سیلیکون باید به وضوح مشخص شود - در برابر اکثر اسیدهای معدنی، قلیایی ها و محلول های نمک به جز اسید هیدروفلوریک (غلظت ≥ 10%) و اسید فسفریک غلیظ (غلظت ≥ محیط های اکسید کننده قوی (با غلظت ≥ 85 درصد) مقاوم است. به عنوان مخلوطی از اسید نیتریک غلیظ و پراکسید هیدروژن). بنابراین در سناریوهای شیمیایی ابتدا ترکیب محیط باید تایید شود. اگر اسید هیدروفلوئوریک یا محیط های اکسید کننده قوی وجود داشته باشد، باید به جای آن از سایر مواد مقاوم در برابر خوردگی (مانند پلی تترا فلوئورواتیلن و هاستلوی) استفاده شود. اگر محیط ضعیف خورنده باشد (مانند 20٪ اسید سولفوریک و 10٪ هیدروکسید سدیم)، می توان پوشش های ضد خوردگی (مانند پوشش های آلومینا) را روی سطح سرامیک اسپری کرد تا حفاظت بیشتر را بهبود بخشد.

جلوگیری از ضربه: سرامیک های نیترید سیلیکون مقاومت ضربه ای ضعیفی دارند (چقرمگی ضربه تقریباً 2-3 کیلوژول بر متر مربع، بسیار کمتر از فولاد که بالای 50 کیلوژول بر متر مربع است)، و آنها را برای سناریوهایی با ضربه شدید (مانند سنگ شکن های معدن و تجهیزات آهنگری) نامناسب می کند. اگر باید در سناریوهای ضربه‌ای (مانند صفحات غربال سرامیکی برای صفحه‌های ارتعاشی) استفاده شود، باید یک لایه بافر (مانند الاستومر لاستیک یا پلی‌اورتان با ضخامت 5 تا 10 میلی‌متر) بین اجزای سرامیکی و قاب تجهیزات اضافه شود تا بخشی از انرژی ضربه را جذب کند (که می‌تواند بار چربی ناشی از ضربه را تا 40 درصد کاهش دهد و از آسیب ناشی از ضربه تا 40 درصد جلوگیری کند. تاثیر فرکانس بالا

(4) بازرسی منظم: وضعیت نظارت و رسیدگی به موقع

علاوه بر تمیز کردن روزانه و محافظت از نصب، بازرسی های منظم تعمیر و نگهداری اجزای سرامیکی نیترید سیلیکون می تواند به تشخیص به موقع مشکلات احتمالی و جلوگیری از گسترش عیوب کمک کند. فرکانس بازرسی، روش ها و معیارهای قضاوت برای اجزا در سناریوهای کاربردی مختلف باید با توجه به کاربرد خاص آنها تنظیم شود:

1. اجزای چرخان مکانیکی (بلبرینگ ها، شفت های پیستون، پین های مکان یابی)

یک بازرسی جامع هر 3 ماه یکبار توصیه می شود. قبل از بازرسی، تجهیزات باید خاموش و خاموش شوند تا از ثابت بودن قطعات اطمینان حاصل شود. در طول بازرسی بصری، علاوه بر بررسی خراش‌ها و ترک‌های سطحی با ذره‌بین 10 تا 20 برابر، باید از یک پارچه نرم تمیز برای پاک کردن سطح برای بررسی وجود بقایای فرسوده فلزی استفاده شود - در صورت وجود ضایعات، ممکن است نشان دهنده ساییدگی اجزای فلزی منطبق باشد که همچنین نیاز به بررسی دارند. برای اجزای آب بندی مانند شفت های پیستون، باید توجه ویژه ای به بررسی سطح آب بندی برای فرورفتگی شود. عمق فرورفتگی بیش از 0.05 میلی متر بر عملکرد آب بندی تأثیر می گذارد.

در آزمایش عملکرد، آشکارساز ارتعاش باید نزدیک به سطح قطعه متصل شود (به عنوان مثال، حلقه بیرونی یاتاقان)، و مقادیر ارتعاش باید در سرعت های مختلف (از سرعت پایین تا سرعت نامی، در فواصل 500 دور در دقیقه) ثبت شود. اگر مقدار ارتعاش ناگهان با سرعت معینی افزایش یابد (مثلاً از 0.08 میلی‌متر بر ثانیه به 0.25 میلی‌متر بر ثانیه)، ممکن است نشان‌دهنده فاصله بیش از حد اتصالات یا خرابی گریس روان‌کننده باشد که نیاز به جداسازی و بازرسی دارد. اندازه گیری دما باید با یک دماسنج تماسی انجام شود. بعد از اینکه قطعه به مدت 1 ساعت کار کرد، دمای سطح آن را اندازه گیری کنید. اگر افزایش دما از 30 درجه سانتیگراد بیشتر شد (به عنوان مثال، دمای قطعه از 55 درجه سانتیگراد بیشتر شد وقتی دمای محیط 25 درجه سانتیگراد است)، روغن کاری ناکافی (حجم گریس کمتر از 1/3 فضای داخلی بلبرینگ) یا گیرکردن جسم خارجی را بررسی کنید.

اگر عمق خراش بیش از 0.1 میلی متر باشد یا مقدار ارتعاش به طور مداوم از 0.2 میلی متر در ثانیه بیشتر شود، قطعه باید به سرعت تعویض شود، حتی اگر هنوز در حال کار باشد - ادامه استفاده ممکن است باعث بزرگ شدن خراش شود که منجر به شکستگی قطعه و آسیب بعدی به سایر قطعات تجهیزات شود (مانند شکستگی، ممکن است باعث افزایش چندین برابری هزینه های تعمیر سرامیکی شود).

2. اجزای تجهیزات شیمیایی (لاینینگ ها، لوله ها، شیرها)

بازرسی باید هر 6 ماه یکبار انجام شود. قبل از بازرسی، محیط را از تجهیزات تخلیه کنید و لوله ها را با نیتروژن تمیز کنید تا از خوردگی مواد باقیمانده به ابزارهای بازرسی جلوگیری کنید. برای آزمایش ضخامت دیوار، از یک ضخامت سنج اولتراسونیک برای اندازه گیری در چندین نقطه روی قطعه (5 نقطه اندازه گیری در هر متر مربع، از جمله مناطقی که به راحتی فرسوده می شوند مانند اتصالات و خم ها) استفاده کنید و مقدار متوسط ​​را به عنوان ضخامت دیوار فعلی در نظر بگیرید. اگر اتلاف سایش در هر نقطه اندازه گیری از 10 درصد ضخامت اولیه بیشتر شود (به عنوان مثال ضخامت جریان کمتر از 9 میلی متر برای ضخامت اصلی 10 میلی متر)، قطعه باید از قبل جایگزین شود، زیرا ناحیه فرسوده به نقطه تمرکز تنش تبدیل می شود و ممکن است تحت فشار پاره شود.

بازرسی آب بندی در اتصالات شامل دو مرحله است: ابتدا واشر را از نظر تغییر شکل یا پیری (به عنوان مثال، ترک یا سخت شدن واشر فلوئورو لاستیکی) به صورت چشمی بازرسی کنید، سپس آب صابون (غلظت 5٪) را به ناحیه مهر و موم شده بمالید و هوای فشرده را با 0.2 مگاپاسکال تزریق کنید. برای تشکیل حباب رعایت کنید - عدم وجود حباب به مدت 1 دقیقه نشان دهنده مهر و موم واجد شرایط است. در صورت وجود حباب، ساختار مهر و موم را جدا کنید، واشر را تعویض کنید (فشردگی واشر باید بین 30٪ تا 50٪ کنترل شود؛ فشرده سازی بیش از حد باعث خرابی واشر می شود) و اتصال سرامیکی را از نظر آثار ضربه بررسی کنید، زیرا تغییر شکل اتصالات منجر به آب بندی ضعیف می شود.

3. اجزای دستگاه پزشکی (گوی های حفاری دندانپزشکی، سوزن های جراحی، راهنماها)

بلافاصله پس از هر بار استفاده بازرسی کنید و در پایان هر روز کاری یک بررسی جامع انجام دهید. هنگام بازرسی توپ های یاتاقان مته دندانی، مته دندانپزشکی را با سرعت متوسط ​​و بدون بار اجرا کنید و به عملکرد یکنواخت گوش دهید - صدای غیرعادی ممکن است نشان دهنده ساییدگی یا ناهماهنگی توپ های بلبرینگ باشد. ناحیه یاتاقان را با یک سواب پنبه ای استریل پاک کنید تا از وجود زباله های سرامیکی که نشان دهنده آسیب توپ بلبرینگ است، بررسی کنید. برای سوزن‌های جراحی، نوک آن را زیر نور شدید از نظر وجود سوراخ‌ها (که مانع برش بافت صاف می‌شود) بررسی کنید و بدنه سوزن را از نظر خم شدن بررسی کنید - هر خمش بیش از 5 درجه نیاز به دفع دارد.

یک گزارش استفاده برای ثبت اطلاعات بیمار، زمان استریلیزاسیون و تعداد استفاده از هر جزء نگهداری کنید. گلوله های بلبرینگ سرامیکی مته های دندانپزشکی توصیه می شود پس از 50 بار استفاده تعویض شوند - حتی اگر هیچ آسیب قابل مشاهده ای وجود نداشته باشد، عملکرد طولانی مدت باعث ایجاد ریزترک های داخلی (غیر قابل مشاهده با چشم غیر مسلح) می شود که ممکن است منجر به تکه تکه شدن در حین کار با سرعت بالا و ایجاد حوادث پزشکی شود. پس از هر بار استفاده، راهنماهای جراحی باید با سی تی اسکن شوند تا ترک های داخلی بررسی شود (برخلاف راهنماهای فلزی که با اشعه ایکس قابل بررسی هستند، سرامیک ها به دلیل نفوذ بالای اشعه ایکس به سی تی اسکن نیاز دارند). فقط راهنماهایی که بدون آسیب داخلی تایید شده اند باید برای استفاده در آینده استریل شوند.

V. سیلیکون نیترید سرامیک چه مزایای عملی در مقایسه با مواد مشابه دارد؟

در انتخاب مواد صنعتی، سرامیک های نیترید سیلیکون اغلب با سرامیک های آلومینا، سرامیک های کاربید سیلیکون و فولاد ضد زنگ رقابت می کنند. جدول زیر مقایسه بصری عملکرد، هزینه، عمر سرویس و سناریوهای کاربردی معمولی را برای تسهیل ارزیابی سریع مناسب بودن ارائه می دهد:

بعد مقایسه	سرامیک نیترید سیلیکون	سرامیک آلومینا	سرامیک سیلیکون کاربید	فولاد ضد زنگ (304)
عملکرد اصلی	سختی: 1500–2000 HV; مقاومت در برابر شوک حرارتی: 600-800 درجه سانتیگراد. چقرمگی شکست: 7-8 MPa·m¹/². عایق عالی	سختی: 1200–1500 HV; مقاومت در برابر شوک حرارتی: 300-400 درجه سانتیگراد. چقرمگی شکست: 3-4 MPa·m¹/². عایق خوب	سختی: 2200–2800 HV; مقاومت در برابر شوک حرارتی: 400-500 درجه سانتیگراد. چقرمگی شکست: 5-6 MPa·m¹/². هدایت حرارتی عالی (120-200 W/m·K)	سختی: 200-300 HV; مقاومت در برابر شوک حرارتی: 200-300 درجه سانتیگراد. چقرمگی شکست: >150 MPa·m¹/²؛ هدایت حرارتی متوسط (16 W/m·K)
مقاومت در برابر خوردگی	مقاوم در برابر اکثر اسیدها/قلیاها؛ فقط توسط اسید هیدروفلوئوریک خورده می شود	مقاوم در برابر اکثر اسیدها/قلیاها؛ در مواد قلیایی قوی خورده شده است	مقاومت اسیدی عالی؛ در مواد قلیایی قوی خورده شده است	مقاوم در برابر خوردگی ضعیف؛ زنگ زده در اسید/قلیاهای قوی
مرجع قیمت واحد	توپ بلبرینگ (φ10mm): 25 CNY / قطعه	توپ بلبرینگ (φ10 میلی متر): 15 یوان / قطعه	توپ بلبرینگ (φ10mm): 80 CNY / قطعه	توپ بلبرینگ (φ10 میلی متر): 3 یوان / قطعه
عمر خدمات در سناریوهای معمولی	غلتک ماشین ریسندگی: 2 سال; آستر گازیفایر: 5 سال	غلتک ماشین ریسندگی: 6 ماه; آستر ریخته گری مداوم: 3 ماه	بخش تجهیزات ساینده: 1 سال; لوله اسیدی: 6 ماه	غلتک ماشین ریسندگی: 1 ماه; آستر گازیفایر: 1 سال
تحمل مونتاژ	خطای ترخیص اتصالات ≤0.02 میلی متر؛ مقاومت در برابر ضربه خوب	خطای ترخیص اتصالات ≤0.01 میلی متر؛ مستعد ترک خوردن	خطای ترخیص اتصالات ≤0.01 میلی متر؛ شکنندگی بالا	خطای جابجایی ≤0.05 میلی متر؛ ماشینکاری آسان
سناریوهای مناسب	قطعات مکانیکی دقیق، عایق در دمای بالا، محیط های خوردگی شیمیایی	قطعات سایش با بار متوسط و کم، سناریوهای عایق بندی دمای اتاق	تجهیزات ساینده با سایش بالا، قطعات با هدایت حرارتی بالا	سناریوهای کم هزینه دمای اتاق، قطعات ساختاری غیر خورنده
سناریوهای نامناسب	ضربه شدید، محیط های اسید هیدروفلوئوریک	لرزش با فرکانس بالا با دمای بالا، محیط های قلیایی قوی	محیط های قلیایی قوی، سناریوهای عایق در دمای بالا	محیط های با دمای بالا، سایش بالا و خوردگی قوی

جدول به وضوح نشان می دهد که سرامیک های نیترید سیلیکون دارای مزایایی در عملکرد جامع، عمر مفید و تطبیق پذیری کاربرد هستند، و آنها را به ویژه برای سناریوهایی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر شوک حرارتی دارند، مناسب می کند. فولاد ضد زنگ را برای حساسیت شدید به هزینه، سرامیک های کاربید سیلیکون برای نیازهای هدایت حرارتی بالا و سرامیک های آلومینا را برای مقاومت در برابر سایش اولیه با هزینه کم انتخاب کنید.

(1) در مقابل سرامیک آلومینا: عملکرد جامع بهتر، بازدهی طولانی مدت هزینه بالاتر

سرامیک های آلومینا 30 تا 40 درصد ارزان تر از سرامیک های نیترید سیلیکون هستند، اما هزینه استفاده طولانی مدت آنها بیشتر است. به عنوان مثال غلتک ماشین ریسندگی در صنعت نساجی را در نظر بگیرید:

غلتک های سرامیکی آلومینا (1200 HV): مستعد تجمع موم پنبه ای هستند که هر 6 ماه یکبار نیاز به تعویض دارند. هر تعویض باعث 4 ساعت توقف (که بر 800 کیلوگرم خروجی تأثیر می گذارد)، با هزینه نگهداری سالانه 12000 یوان یوان می شود.

غلتک های سرامیکی نیترید سیلیکون (1800 HV): مقاوم در برابر تجمع موم پنبه، نیاز به تعویض هر 2 سال یکبار. هزینه نگهداری سالانه 5000 یوان یوان است که 58 درصد صرفه جویی می کند.

تفاوت مقاومت در برابر شوک حرارتی در تجهیزات ریخته‌گری پیوسته متالورژیکی بارزتر است: آسترهای قالب سرامیکی آلومینا هر 3 ماه به دلیل اختلاف دما ترک می‌خورند و نیاز به تعویض دارند، در حالی که آسترهای سرامیکی نیترید سیلیکون سالانه تعویض می‌شوند که باعث کاهش 75 درصد از کار افتادگی تجهیزات و افزایش ظرفیت تولید سالانه 10 درصد می‌شود.

(2) در مقابل سرامیک های کاربید سیلیکون: کاربرد وسیع تر، محدودیت های کمتر

سرامیک های کاربید سیلیکون سختی و هدایت حرارتی بالاتری دارند اما به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و عایق ضعیف محدود می شوند. لوله های انتقال محلول اسیدی را در صنایع شیمیایی در نظر بگیرید:

لوله های سرامیکی سیلیکون کاربید: پس از 6 ماه در محلول هیدروکسید سدیم 20 درصد خورده شده و نیاز به تعویض دارد.

لوله های سرامیکی سیلیکون نیترید: بدون خوردگی پس از 5 سال در شرایط مشابه، با عمر مفید 10 برابر بیشتر.

در براکت‌های عایق کوره‌های الکتریکی با دمای بالا، سرامیک‌های کاربید سیلیکون در دمای 1200 درجه سانتی‌گراد به نیمه‌رسانا تبدیل می‌شوند (مقاومت حجمی: 104 Ω·cm)، که منجر به نرخ شکست اتصال کوتاه 8٪ می‌شود. در مقابل، سرامیک‌های نیترید سیلیکون مقاومت حجمی 10¹² Ω·cm را حفظ می‌کنند و نرخ خرابی اتصال کوتاه تنها 0.5٪، غیر قابل تعویض است.

(3) در مقابل فولاد ضد زنگ: مقاومت در برابر خوردگی و سایش برتر، تعمیر و نگهداری کمتر

فولاد ضد زنگ کم هزینه است اما نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر دارد. از لاینرهای گازیفایر در صنایع شیمیایی زغال سنگ استفاده کنید:

آسترهای فولادی ضد زنگ 304: پس از 1 سال توسط 1300 درجه سانتیگراد H2S خورده شده و نیاز به جایگزینی با 5 میلیون یوان یوان در هزینه نگهداری در هر واحد دارد.

آسترهای سرامیکی نیترید سیلیکون: با پوشش ضد نفوذ، عمر مفید تا 5 سال افزایش می یابد، با هزینه های تعمیر و نگهداری 1.2 میلیون یوان، که 76 درصد صرفه جویی می شود.

در دستگاه‌های پزشکی، توپ‌های مته‌دار دندان‌پزشکی فولاد ضد زنگ در هر بار استفاده، 0.05 میلی‌گرم یون نیکل آزاد می‌کنند که در 10 تا 15 درصد بیماران باعث ایجاد آلرژی می‌شود. گلوله‌های سرامیکی نیترید سیلیکون هیچ آزادسازی یونی ندارند (نرخ آلرژی <0.1%) و عمر مفید 3 برابری بیشتری دارند و بازدیدهای بعدی بیمار را کاهش می‌دهند.

VI. چگونه به سوالات رایج در مورد سرامیک نیترید سیلیکون پاسخ دهیم؟

در کاربردهای عملی، کاربران اغلب سوالاتی در مورد انتخاب مواد، هزینه و امکان سنجی جایگزینی دارند. علاوه بر پاسخ های اساسی، توصیه های تکمیلی برای سناریوهای خاص برای حمایت از تصمیم گیری آگاهانه ارائه می شود:

(1) کدام سناریوها برای سرامیک نیترید سیلیکون مناسب نیستند؟ چه محدودیت های پنهانی را باید در نظر گرفت؟

علاوه بر ضربه شدید، خوردگی اسید هیدروفلوئوریک و سناریوهای اولویت هزینه، باید از دو سناریو خاص اجتناب شود:

لرزش طولانی مدت با فرکانس بالا (مثلاً صفحات غربال ارتعاشی صفحه در معادن): در حالی که سرامیک های نیترید سیلیکون نسبت به سایر سرامیک ها مقاومت ضربه ای بهتری دارند، ارتعاش با فرکانس بالا (>50 هرتز) باعث انتشار میکروترک داخلی می شود که منجر به شکستگی پس از 3 ماه استفاده می شود. مواد کامپوزیت لاستیکی (به عنوان مثال، صفحات فولادی با روکش لاستیکی) مناسب تر هستند و عمر مفید آنها بیش از 1 سال است.

القای الکترومغناطیسی دقیق (به عنوان مثال، لوله های اندازه گیری جریان سنج الکترومغناطیسی): سرامیک های نیترید سیلیکون عایق هستند، اما ناخالصی های آهن (> 0.1٪ در برخی از دسته ها) با سیگنال های الکترومغناطیسی تداخل می کنند و باعث خطاهای اندازه گیری > 5٪ می شوند. برای اطمینان از دقت اندازه گیری باید از سرامیک های آلومینا با خلوص بالا (ناخالصی آهن <0.01%) استفاده شود.

علاوه بر این، در سناریوهای دمای پایین (کمتر از 100 درجه سانتیگراد، به عنوان مثال، لوله‌های انتقال نیتروژن مایع)، سرامیک‌های نیترید سیلیکون شکننده‌تر می‌شوند (چقرمگی شکست به <5 MPa·m¹/² کاهش می‌یابد) و نیاز به اصلاح در دمای پایین (مثلاً، کاربید بور و افزایش هزینه‌ها برای جلوگیری از افزودن ذرات frac) دارند.

(2) آیا سیلیکون نیترید سرامیک هنوز گران است؟ چگونه هزینه ها را برای برنامه های کاربردی در مقیاس کوچک کنترل کنیم؟

در حالی که سرامیک های نیترید سیلیکون قیمت واحد بالاتری نسبت به مواد سنتی دارند، کاربران در مقیاس کوچک (به عنوان مثال، کارخانه های کوچک، آزمایشگاه ها، کلینیک ها) می توانند هزینه ها را از طریق روش های زیر کنترل کنند:

قطعات استاندارد را به جای قطعات سفارشی انتخاب کنید: قطعات سرامیکی با شکل خاص سفارشی (مانند چرخ دنده های غیر استاندارد) به هزینه قالب حدود 10000 یوان نیاز دارند، در حالی که قطعات استاندارد (مانند بلبرینگ استاندارد، پین های مکان یابی) نیازی به هزینه قالب ندارند و 20% تا 30% ارزان تر از سرامیک استاندارد هستند (به عنوان مثال، bearings2% bearings استاندارد).

خرید عمده برای به اشتراک گذاشتن هزینه های حمل و نقل: سرامیک های نیترید سیلیکون بیشتر توسط تولید کنندگان تخصصی تولید می شوند. خریدهای در مقیاس کوچک ممکن است 10٪ هزینه حمل و نقل را شامل شود (به عنوان مثال 50 یوان برای 10 بلبرینگ سرامیکی). خرید انبوه مشترک با شرکت‌های مجاور (مانند 100 بلبرینگ) هزینه‌های حمل و نقل را تا 5 یوان در هر واحد کاهش می‌دهد که 90 درصد صرفه‌جویی می‌کند.

بازیافت و استفاده مجدد از قطعات قدیمی: اجزای سرامیکی مکانیکی (مانند حلقه‌های بیرونی یاتاقان، پین‌های مکان‌یابی) با نواحی عملکردی آسیب‌دیده (به‌عنوان مثال، مسیرهای بلبرینگ، مکان‌یابی سطوح جفت پین) را می‌توان توسط تولیدکنندگان حرفه‌ای تعمیر کرد (به عنوان مثال، پرداخت مجدد، پوشش). هزینه های تعمیر حدود 40 درصد قطعات جدید است (به عنوان مثال، 10 یوان برای یک بلبرینگ سرامیکی تعمیر شده در مقابل 25 یوان برای یک یاتاقان جدید)، و آن را برای استفاده چرخه ای در مقیاس کوچک مناسب می کند.

به عنوان مثال، یک کلینیک دندانپزشکی کوچک با استفاده از 2 دریل سرامیکی ماهانه می‌تواند هزینه‌های تهیه سالانه را با خرید قطعات استاندارد و پیوستن به 3 کلینیک برای خرید عمده (800 یوان در مقابل خریدهای سفارشی فردی) کاهش دهد. علاوه بر این، توپ های مته قدیمی را می توان برای تعمیر بازیافت کرد تا هزینه ها کاهش یابد.

(3) آیا می توان اجزای فلزی در تجهیزات موجود را به طور مستقیم با اجزای سرامیکی نیترید سیلیکون جایگزین کرد؟ چه سازگاری هایی لازم است؟

علاوه بر بررسی سازگاری نوع و اندازه جزء، سه سازگاری کلیدی برای اطمینان از عملکرد عادی تجهیزات پس از تعویض مورد نیاز است:

انطباق بار: اجزای سرامیکی چگالی کمتری نسبت به فلز دارند (نیترید سیلیکون: 3.2 گرم بر سانتی متر مکعب؛ فولاد ضد زنگ: 7.9 گرم در سانتی متر مکعب). کاهش وزن پس از تعویض، نیازمند تعادل مجدد برای تجهیزاتی است که دارای تعادل دینامیکی هستند (مانند دوک ها، پروانه ها). به عنوان مثال، جایگزینی بلبرینگ های فولادی ضد زنگ با بلبرینگ های سرامیکی نیازمند افزایش دقت تعادل دوک از G6.3 به G2.5 برای جلوگیری از افزایش لرزش است.

سازگاری با روغن کاری: گریس های روغن معدنی برای اجزای فلزی ممکن است به دلیل چسبندگی ضعیف روی سرامیک ها خراب شوند. برای جلوگیری از روانکاری ناکافی یا مقاومت بیش از حد، باید از گریس‌های مخصوص سرامیک (مانند گریس‌های مبتنی بر PTFE) با حجم پرکننده (1/2 فضای داخلی برای بلبرینگ‌های سرامیکی در مقابل 1/3 برای یاتاقان‌های فلزی) استفاده شود.

سازگاری با مواد جفت: هنگامی که اجزای سرامیکی با فلز جفت می شوند (به عنوان مثال، محورهای پیستون سرامیکی با سیلندرهای فلزی)، فلز باید سختی کمتری داشته باشد.

به عنوان مثال، تعویض پین فولادی در ماشین ابزار با پین سرامیکی مستلزم تنظیم فاصله اتصالات به 0.01 میلی متر، تغییر فیکسچر فلزی جفت از فولاد 45# (HV200) به برنجی (HV100) و استفاده از گریس مخصوص سرامیک است. این دقت موقعیت یابی را از 0.002 ± میلی متر به 0.001 ± میلی متر بهبود می بخشد و عمر مفید را از 6 ماه به 3 سال افزایش می دهد.

(4) چگونه می توان کیفیت محصولات سرامیکی نیترید سیلیکون را ارزیابی کرد؟ ترکیب تست حرفه ای با روش های ساده برای قابلیت اطمینان

علاوه بر بازرسی بصری و آزمایش‌های ساده، ارزیابی کیفیت جامع به گزارش‌های تست حرفه‌ای و آزمایش‌های عملی نیاز دارد:

روی دو شاخص کلیدی در گزارش‌های تست حرفه‌ای تمرکز کنید: تراکم حجم (محصولات واجد شرایط: ≥3.1 گرم بر سانتی‌متر مکعب؛ <3.0 گرم در سانتی‌متر مکعب نشان‌دهنده منافذ داخلی، کاهش مقاومت در برابر سایش تا 20٪) و استحکام خمشی (دمای اتاق: ≥800 مگاپاسکال؛ 1200 درجه سانتی‌گراد: ≥60 درجه سانتی‌گراد استحکام بالا، مقاومت MPa-60).

برای ارزیابی ساده، «آزمایش مقاومت در برابر دما» را اضافه کنید: نمونه‌ها را در یک کوره صدا خفه کن قرار دهید، از دمای اتاق تا 1000 درجه سانتی‌گراد (5 درجه سانتی‌گراد در دقیقه نرخ حرارت دهی) گرم کنید، به مدت 1 ساعت نگه دارید و به طور طبیعی سرد کنید. هیچ ترک نشان دهنده مقاومت شوک حرارتی واجد شرایط است (ترک ها نشان دهنده عیوب تف جوشی و شکستگی احتمالی در دمای بالا هستند).

از طریق آزمایشات عملی تأیید کنید: مقادیر کم (مثلاً 10 یاتاقان سرامیکی) خریداری کنید و به مدت 1 ماه در تجهیزات آزمایش کنید. افت سایش (<0.01 میلی‌متر) و مقادیر ارتعاش (پایدار در کمتر از 0.1 میلی‌متر بر ثانیه) را برای تأیید قابلیت اطمینان قبل از خرید عمده ثبت کنید.

از "سه محصول" (بدون گزارش آزمایش، بدون تولید کننده، بدون ضمانت)، که ممکن است پخت ناکافی (تراکم حجمی: 2.8 گرم در سانتی متر مکعب) یا ناخالصی های زیاد (آهن > 0.5٪) داشته باشد، خودداری کنید. عمر مفید آنها فقط 1/3 محصولات واجد شرایط است و در عوض هزینه های نگهداری را افزایش می دهد.