A cerâmica de nitreto de silício, com leve gravidade específica, alta resistência, resistência ao desgaste, excelente isolamento elétrico e propriedades de autolubrificação, destaca-se no campo dos rolamentos cerâmicos, principalmente sob condições extremas de trabalho, como alta velocidade, alta temperatura, baixo torque e lubrificação com óleo magro, esfera de nitreto de silício
como rolamento, rolamentos cerâmicos apresentam excelente potencial de aplicação. No entanto, as fortes propriedades de ligação covalente do nitreto de silício dificultam a densificação através da sinterização em fase sólida, o que traz desafios para a preparação de cerâmicas de nitreto de silício. Neste artigo, são discutidos o processo de sinterização em fase líquida de cerâmicas de nitreto de silício, incluindo sinterização atmosférica, sinterização por prensagem a quente e sinterização sob pressão, e a influência desses processos na microestrutura e nas propriedades mecânicas da cerâmica de nitreto de silício.
A cerâmica de nitreto de silício é a primeira escolha de rolo de rolamento cerâmico com suas excelentes propriedades, como leveza, alta resistência, resistência à abrasão, isolamento elétrico e autolubrificação. Os rolamentos cerâmicos com esferas cerâmicas de nitreto de silício como corpos rolantes são particularmente adequados para uso em condições de trabalho como alta velocidade, alta temperatura, baixo torque e lubrificação com óleo pobre, como rolamentos de fusos motorizados de alta velocidade para máquinas-ferramentas de precisão, rolamentos de energia eólica e rolamentos aeroespaciais.
O nitreto de silício é um composto de ligação covalente forte com baixo coeficiente de autodifusão e força motriz de sinterização insuficiente, por isso é difícil conseguir a densificação por simples sinterização em fase sólida. Portanto, uma certa quantidade de aditivos de sinterização precisa ser adicionada para completar o processo de densificação por sinterização em fase líquida. O princípio da sinterização em fase líquida da cerâmica de nitreto de silício é que os aditivos de sinterização reagem com o SiO2 na superfície do pó de nitreto de silício para formar uma fase líquida e, sob a ação da fase líquida, atinge a densificação através do processo de rearranjo de partículas, solução -precipitação e crescimento de grãos.
Os métodos de sinterização de fase líquida comumente usados de cerâmica de nitreto de silício incluem sinterização por pressão atmosférica, sinterização por prensa a quente e sinterização por pressão de ar.
O nitreto de silício começa a se decompor após 1700 ℃, a fim de inibir a decomposição do nitreto de silício, a sinterização à pressão atmosférica é geralmente realizada por pó enterrado, mas o efeito do pó enterrado é limitado, de modo que a temperatura da sinterização à pressão atmosférica não pode exceda 1750°C, e um grande número de aditivos de sinterização precisam ser adicionados para promover a densificação, o que afeta seriamente o desempenho do produto.
A sinterização por prensagem a quente visa atingir a densificação sob a dupla ação da fase líquida e da pressão mecânica, a temperatura de sinterização é baixa e o desempenho do produto é excelente, mas devido à limitação do molde de grafite, ele só pode ser usado para produzem produtos com formatos simples e a capacidade de produção é baixa.
A sinterização por pressão (GPS) depende de nitrogênio de alta pressão (1 ~ 10 MPa) para inibir a decomposição do nitreto de silício, pode aumentar a temperatura de sinterização da cerâmica de nitreto de silício para mais de 1900 ℃, resolver a contradição entre densificação e decomposição em alta temperatura do processo de sinterização de cerâmica de nitreto de silício, pode reduzir a quantidade de aditivos de sinterização, melhorar o desempenho dos produtos, adequados para produção em massa.
Atualmente, há muitos relatos na literatura sobre o efeito do processo de sinterização pneumática na microestrutura e nas propriedades mecânicas da cerâmica de nitreto de silício.
Por exemplo, Zhou Changling et al. usou pó de β-Si3N4 como matéria-prima e granada de ítrio-alumínio (YAG) como agente de sinterização para produzir cerâmica de nitreto de silício por processo de sinterização sob pressão e descobriu que o grau de densificação e as propriedades mecânicas da cerâmica de nitreto de silício aumentaram primeiro e depois diminuíram com o aumento de temperatura de sinterização.
Mitomo et al., utilizando pó de α-Si3N4 e pó de β-Si3N4 como matéria-prima e MgO-Y2O3 como agente de sinterização, estudaram as diferenças na microestrutura de cerâmicas de nitreto de silício sinterizadas por pressão de diferentes matérias-primas, e descobriram que sob o mesmo condições, a microestrutura da cerâmica de nitreto de silício preparada com pó de α-Si3N4 como matéria-prima apresentou estado bimodal e grãos β-Si3N4 grossos. A microestrutura da cerâmica de nitreto de silício preparada com pó de β-Si3N4 foi uniforme e apresentou estado unimodal.
Em resumo, o processo de preparação da cerâmica de nitreto de silício, especialmente a tecnologia de sinterização em fase líquida, tem um efeito crucial na sua microestrutura e propriedades mecânicas. Ao comparar as vantagens e desvantagens de diferentes métodos, como sinterização atmosférica, sinterização por prensagem a quente e sinterização pneumática, podemos descobrir que a sinterização pneumática tem excelente desempenho no aumento da temperatura de sinterização, inibindo a decomposição do nitreto de silício, reduzindo a quantidade de aditivos de sinterização e melhorando o desempenho dos produtos e é adequado para a produção em massa de cerâmicas de nitreto de silício de alto desempenho. Ao mesmo tempo, a seleção de diferentes matérias-primas e aditivos de sinterização também tem um efeito significativo na microestrutura e nas propriedades mecânicas da cerâmica de nitreto de silício. No futuro, com o aprofundamento da pesquisa e o progresso contínuo da tecnologia, o processo de preparação da cerâmica de nitreto de silício será mais perfeito e sua aplicação em máquinas-ferramentas de precisão, energia eólica, aeroespacial e outros campos será mais extensa.
