Azotek krzemu (Si3N4) jest cennym materiałem konstrukcyjnym i znajduje liczne zastosowania we współczesnej technice z uwagi na swoje wyjątkowe właściwości. Niska gęstość (3,21 g/cm3) sprawia, że jest to materiał lekki, a jednocześnie jego mikrostruktura zapewnia mu wysoką odporność na kruche pękanie (KIC = 7) oraz szok termiczny (570 K).
Wyroby azotkowe otrzymywane z odmiany alfa (α-Si3N4) mają mikrostrukturę bogatą w wydłużone ziarna, stanowiące niejako rodzimą fazę zbrojącą. Choć w atmosferze utleniającej temperatura pracy tego materiału nie powinna przekraczać 1300°C, to w atmosferze obojętnej materiał ten może z powodzeniem pracować do temperatury 1600°C. Wart podkreślenia wydaje się fakt, iż azotek krzemu ma jeden z najniższych współczynników rozszerzalności cieplnej w porównaniu z innymi ceramicznymi materiałami konstrukcyjnymi (α[Si3N4] = 3x10-6 K-1, natomiast: tlenek glinu – α[Al2O3] = 8x10-6 K-1, tlenek cyrkonu – α[ZrO2] = 10x10-6 K-1), co zapewnia wysoką odporność na szoki termiczne. Ponadto, materiał wykazuje dużą odporność na zużycie w wyniku tarcia. Z powodzeniem stosowany jest jako element: narzędzi skrawających, łożysk, zaworów i gniazd silnikowych, szpulek i prowadnic, dysz, układów do formowania rur i drutów metalowych, pomp i nurników, uszczelnień.
| PEŁNA WERSJA ARTYKUŁU DO POBRANIA (PDF) | ||
| dr inż. Artur Oziębło |
||
 Pracownik ICiMB, zastępca kierownika w Zakładzie Nanotechnologii. Absolwent Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej. Swoją aktywność zawodową skupia wokół zagadnień związanych z: ceramiką techniczną, kompozytami z udziałem fazy ceramicznej, charakteryzowaniem mikrostruktury i właściwości materiałów oraz komercjalizacją wyników prac naukowych. Specjalizuje się w technikach: mikroskopii elektronowej wraz z mikroanalizą rentgenowską, fluorescencji rentgenowskiej oraz analizy termicznej. |
||
| a.ozieblo@icimb.pl |
| STRESZCZENIE: |
| W pracy zbadano wybrane właściwości fizyczne i mechaniczne materiałów otrzymanych z komercyjnie dostępnego azotku krzemu (Si3N4). Próbki azotkowe formowane metodą prasowania izostatycznego spiekano swobodnie w atmosferze azotu, następnie część próbek została poddana spiekaniu w warunkach ciśnienia izostatycznego (HIP). Dla obu serii próbek, różniących się procesem spiekania określono: gęstość pozorną, wytrzymałość na zginanie, twardość oraz krytyczny współczynnik intensywności naprężeń. Na podstawie otrzymanych wyników badań przeprowadzono analizę porównawczą materiałów uzyskanych w różnych procesach technologicznych i określono wpływ rodzaju spiekania na właściwości materiału. |
| SUMMARY Mechanical properties of silicon nitride (Si3N4) submitted to Hot Isostatic Pressing and pressureless sintering process – comparative analysis |
|
In the presented paper mechanical properties of silicon nitride (Si3N4) material were studied. Silicon nitride samples were obtained from commercially available powder. Two paths of ceramic manufacturing were applied to obtain fully densifi ed bodies. All of the samples were sintered in nitrogen in atmospheric pressure. Part of the samples were additionally subjected to Hot Isostatic Pressing (HIP). Apparent density, bending strength, Vickers hardness and fracture toughness were measured for the two set of samples, which differed in preparation path. The results were analyzed in order to estimate the infl uence of pressure assisted post-sintering (HIP process) on the microstructure and mechanical properties of silicon nitride material. |
Newsletter