실리콘 질화물 세라믹이 베어링에 적합한 이유는 무엇입니까?
2023-07-03
Alumina 세라믹 시트가 높은 정밀도와 고속으로 기계 제조가 개발되면서 베어링의 적용 범위가 점점 넓어지고 있으며 베어링의 성능에 대한 요구 사항이 점점 높아지고 있습니다. 특히 일부 특수 작업 환경에서 금속 베어링은 요구를 충족 시키거나 완전히 작동 할 수 없습니다. 세라믹 재료는 저밀도, 높은 탄성 계수, 작은 선형 팽창 계수, 내마모성, 고온 저항, 부식성 및 기타 우수한 특성으로 인해 고속 제조 정밀 베어링에 이상적인 재료가되었습니다.
1. 실리콘 질화물 세라믹의 장점과 특성
질화 실리콘은 산업 세라믹에서 가장 어렵고 가장 힘들지 않지만, 고성능이 필요한 베어링 응용 분야에서 최고의 기계적 및 물리적 특성을 가진 것으로 간주됩니다. 이제 다른 베어링 재료와 비교하여 질화 실리콘의 장점을 살펴 보겠습니다.
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내열성
일반적으로 강철 베어링의 서비스 온도가 120 °를 초과하면 경도와 롤링 수명이 줄어 듭니다. 질화 실리콘은 온도 특성이 우수하며 특히 고온 환경에 적합합니다.
원심력
질화 실리콘의 밀도는 약 3.24 × 103kg/m3이며, 베어링 스틸의 밀도는 약 7.8 × 103kg/m3이며, 이는 베어링 스틸의 밀도의 약 40%에 불과하므로 롤링 요소가 베어링을 사용할 때. 베어링은 고속으로 회전 할 때 원심력으로 인한 롤링 요소 하중의 증가를 제한 할 수 있습니다.
선형 확장 계수
실리콘 질화물의 선형 팽창 계수는 베어링 스틸의 약 1/4이므로 온도에 따른 크기 변화는 작기 때문에 온도 변화가 큰 환경에서 사용하는 것이 좋습니다.
경도, 탄성 계수, 포아송 비율
질화 실리콘의 탄성 계수는 베어링 스틸보다 약 1.5 배이기 때문에 상대 하중의 탄성 변형은 작고 상대 하중의 강성이 높습니다.
부식성, 비자 성, 단열재
스틸 베어링이 화학 기계 장비, 식품, 해양 및 기타 부서에 사용되는 기계에 사용되는 경우 부식이 문제입니다. 강력한 자기 환경에서, 강철 베어링이 사용될 때, 베어링 자체에서 닳은 미세 분말은 롤링 요소와 롤링 표면 사이에 흡착되어 조기 베어링 스펠링 손상과 소음 증가의 주된 이유가 될 것입니다.
2. 실리콘 질화물 세라믹 베어링의 준비
실리콘 질화물 세라믹 알루미나 세라믹 플런저 베어링의 준비 과정
실리콘 질화물 세라믹 분말의 제조
베어링 부품을위한 실리콘 질화물 분말은 다음과 같은 중요한 특성을 가져야한다. 고순도; 매우 균일하고 미세한 입자; α 높은 상 함량. 실리콘 질화물 분말을 제조하는 데 가장 적합한 방법은 3SIO2+6C+2N2 = SI3N4+6CO의 반응 공식을 갖는 탄수화물 환원 질화 방법이다. 이 방법에 의해 얻어진 분말은 금속 불순물, 고순도 및 미세 입자, α 높은 위상 함량을 가지며, 베어링 부품의 재료 요구 사항을 충족시킨다.
실리콘 질화물 세라믹 베어링 관련 부품의 형성
반응 소결, 뜨거운 프레스 소결, 압력이없는 소결 및 2 차 반응 소결과 같은 실리콘 질화물 세라믹 베어링 관련 부품의 많은 준비 방법이 있습니다. 완전히 밀집된 실리콘 질화물 물질을 얻기 위해서는 뜨거운 등방성 프레스 방법이 이상적입니다.
실리콘 질화물 세라믹 베어링 관련 부품 가공
실리콘 질화물 세라믹 베어링 관련 부품의 가공은 기본적으로 베어링 스틸 부품의 가공과 유사하며, 연삭 메커니즘은 기본적으로 동일합니다. 그러나 질화 질화 실리콘과 강철의 다양한 특성 사이의 큰 차이로 인해 연삭 도구, 처리 요인, 연삭 혼합물 등에 상당한 차이가 있습니다. , 모양, 수량, 강도, 분쇄 특성, 마모 특성 등의 연마제는 다릅니다. 현재 사용 된 연마제는 주로 실리콘 탄화물, 붕소, 다이아몬드 분말 등을 포함합니다.
실리콘 질화물 세라믹 베어링의 조립
일반적으로 롤링 베어링은 외부 링, 내부 링, 롤링 요소 및 케이지 등 네 가지 주요 부품으로 구성됩니다. 롤링 베어링의 10 가지 범주가 있기 때문에 다른 유형의 베어링은 다른 케이지 형태를 채택하므로 베어링의 조립 방법도 다릅니다.
중요한 기계적 기본 구성 요소로서 실리콘 질화물 세라믹 베어링은 다른 베어링이 일치 할 수없는 우수한 특성 때문에 새로운 재료 세계에서 길을 이끌고 있습니다. 최근 몇 년 동안 항공 우주, 내비게이션, 원자력 산업, 석유, 화학 산업, 가벼운 섬유 산업, 기계, 야금, 전력, 식품, 기관차, 지하철, 고속 기계, 과학 연구, 방어 및 군사 기술 분야에서 등, 실리콘 질화물 세라믹 베어링은 고온, 고속, 깊은 감기, 가연성, 폭발성, 강한 부식, 진공, 전기 절연, 비자 성, 건조 마찰 등과 같은 특수한 작업 조건에서 필수 대체물로 점점 더 인식되고 있습니다.
실리콘 질화물 세라믹 기판의 특성 :
고성능 전자 장비와 그 구성 요소의 소형화로 열 소산은 성능과 신뢰성에 영향을 미치는 핵심 요소가되었습니다. 고열 플럭스는 성능 저하와 수명이 단축 될 것이기 때문에 다양한 열 소산 기술 중에 라디에이터 시스템은 지르코니아 세라믹 부품이 미세 전자 포장 시스템의 일부가 될 수 있기 때문에 소형화에 유용하고 편리합니다.
LED 세라믹 기판
우리 모두 알다시피, 반도체 장치의 작동 중에 생성 된 열은 반도체 장치의 고장을 일으키는 핵심 요소이며, 전기 절연 기판의 열전도율은 전체 반도체 장치의 열 소산의 핵심이다. 라디에이터는 금속 회로 층 및 질화 알루미늄, 실리콘 질화물, 실리콘 카바이드 및 산화 알루미늄과 같은 세라믹 기판으로 구성됩니다. 이들 세라믹 기판 중에서, 실리콘 질화물은 우수한 열 전도도 (60-90W/mk), 높은 기계적 강도 (650-850 MPA) 및 낮은 팽창 계수로 인해 유망한 것으로 간주된다. 실제로, 실리콘 질화물 세라믹 기판은 일반적으로 직접 결합 구리 (DBC) 및 직접 구리 도금 (DPC) 공정을 통해 기판 상에 증착된다. DBC는 고온에서 증착 된 금속 필름과 기판 사이의 기계적 연동에 의해 향상된 접착력을 달성하는 반면, DPC는 진공 증착에 의해 종자 층을 형성함으로써 향상된 접착력을 달성한다.
또한 난류 및 진동과 같은 복잡한 기계적 환경으로 인해 특정 기계적 신뢰성을 갖는 기질 재료도 필요합니다. 실리콘 질화물 세라믹 기판은 모든 측면에서 상대적으로 균형을 이루며 최고의 포괄적 인 성능을 가진 구조적 세라믹 물질입니다. 따라서, 실리콘 질화물은 전자 장치의 세라믹 기판을 제조하는 분야에서 강력한 경쟁력을 가지고 있습니다.
알루미늄 질화물 세라믹 기판
과거에 회로 기판은 전체 회로의 기능적 요구 사항을 충족시키기 위해 개별 구성 요소 또는 통합 회로 및 개별 구성 요소로 구성된 평면 재료였습니다. 전기 절연과 전도도 만 있으면됩니다. 지능형 정보 연령에 들어간 후 전력 전자 장비는 전기 에너지를 변환하고 제어 할 수 있어야하므로 전력 소비뿐만 아니라 장비의 전기 제어 및 전력 변환 성능 요구 사항을 크게 향상시킵니다. 따라서, 공통 기판은 더 이상 복잡한 전력 장치의 열 저항을 줄이고, 작동 온도를 제어하고, 신뢰성을 보장하는 높은 요구 사항을 충족시킬 수 없으며, 더 나은 성능을 가진 세라믹 기판을 교체해야합니다.
세라믹 기판에서 전자 장치의 성능 요구 사항에 따르면, 기판 재료는 다음과 같은 특성을 가져야한다.
1. 좋은 절연 및 전기 분해 세라믹 플랜지 저항;
2. 높은 열전도율 : 열전도율은 반도체의 작업 조건 및 서비스 수명에 직접 영향을 미칩니다. 열 소산 불량으로 인한 고르지 않은 온도 장은 또한 전자 장치의 노이즈를 크게 증가시킬 것입니다.
3. 열 팽창 계수는 패키지에 사용 된 다른 재료와 일치합니다.
4. 고주파 특성, 낮은 유전 상수, 낮은 유전체 손실;
5. 표면은 매끄럽고 두께는 균일하며, 이는 기판 표면에서 회로를 인쇄하기에 편리하며 인쇄 회로의 균일 한 두께를 보장합니다.
세라믹 기판
현재, 가장 널리 사용되는 세라믹 기질 물질은 주로 산화 알루미늄 및 질화 알루미늄입니다. 실리콘 질화물은 성능과 어떻게 비교됩니까? 다음 표는 3 개의 세라믹 기판 물질이 명백한 장점, 특히 고온 조건 하에서 실리콘 질화물 세라믹 기판 재료의 고온 저항, 금속에 대한 화학적 불활성, 초고 경도, 골절 강인성 및 기타 기계적 특성을 가지고 있음을 보여준다.
질화 실리콘은 매우 우수하기 때문에 왜 여전히 시장에서 거의 사용되지 않습니까? 개발 기회는 어디에 있습니까?
실제로, 세 가지 재료 각각에는 장점과 단점이 있습니다. 예를 들어, 산화 알루미늄의 열 전도도는 열악하고 고출력 반도체의 개발 추세를 따라 잡을 수는 없지만 제조 공정은 성숙하고 비용이 낮기 때문에 저가 필드에는 여전히 큰 수요가 있습니다. . 질화 알루미늄의 열 전도도는 반도체 재료의 열 전도성과 가장 잘 일치합니다. 고급 산업에서 사용될 수 있지만 기계적 성능이 좋지 않아 반도체 장치의 수명에 영향을 미치며 사용 비용이 높습니다. 질화 실리콘은 포괄적 인 성능에서 최고이지만 항목 임계 값이 높습니다.
현재 많은 국내 과학 연구소와 기업이 연구하고 있지만 기술은 어렵고 생산 비용이 높고 시장이 작으며 대규모 응용 프로그램이 아직 나타나지 않았습니다. 이것이 또한 많은 기업들이 여전히 투자를 늘리기 위해 자신의 마음을보기 위해 기다리고있는 이유이기도합니다. 그러나 세계가 3 세대 반도체의 발전에 중요한시기에 들어갔 기 때문에 이제 상황이 다릅니다. 실리콘 질화물 세라믹 기판은 미국과 일본에서 성숙한 제품을 가지고 있습니다. 중국은 이와 관련하여 갈 길이 멀다.
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