Spezialkeramik bezeichnet eine Keramikklasse mit besonderen mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften. Die verwendeten Rohstoffe und die erforderliche Produktionstechnologie unterscheiden sich stark von herkömmlicher Keramik und deren Entwicklung. Spezialkeramiken lassen sich je nach Eigenschaften und Verwendung in zwei Kategorien einteilen: Strukturkeramik und Funktionskeramik. Strukturkeramiken eignen sich als technische Konstruktionswerkstoffe und zeichnen sich im Allgemeinen durch hohe Festigkeit, Härte, hohen Elastizitätsmodul, hohe Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Thermoschockbeständigkeit aus.
Es gibt viele Arten von Strukturkeramiken mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen und deren Anwendungsrichtung. Unter ihnen gilt „Siliziumnitridkeramik“ aufgrund ihrer ausgewogenen Leistung in allen Aspekten als die Keramik mit der besten Gesamtleistung und verfügt über ein äußerst breites Anwendungsspektrum.
Vorteile von Siliziumnitridkeramik
Siliziumnitrid (Si3N4) lässt sich in kovalente Bindungsverbindungen unterteilen, wobei das [SiN4]-4-Tetraeder die Struktureinheit bildet. Die genauen Positionen der Stickstoff- und Siliziumatome sind der folgenden Abbildung zu entnehmen: Silizium befindet sich im Zentrum des Tetraeders, und die vier Eckpunkte des Tetraeders sind mit Stickstoffatomen besetzt. Alle drei Tetraeder teilen sich ein Atom und erstrecken sich konstant im dreidimensionalen Raum. Schließlich bildet sich die Netzwerkstruktur. Viele Eigenschaften von Siliziumnitrid hängen mit dieser Tetraederstruktur zusammen.
Siliziumnitrid weist drei kristalline Strukturen auf: die α-, β- und γ-Phase. Die α- und β-Phase sind die häufigsten Formen. Aufgrund der festen Bindung der Stickstoffatome weist Siliziumnitrid eine hohe Festigkeit, Härte und Temperaturbeständigkeit auf, die Härte kann HRA91–93 erreichen. Siliziumnitrid hat eine gute thermische Steifigkeit und hält Temperaturen von 1300–1400 °C stand. Geringe chemische Reaktionen mit Kohlenstoff und metallischen Elementen führen zu einem niedrigen Reibungskoeffizienten. Es ist selbstschmierend und daher verschleißfest. Es ist stark korrosionsbeständig und reagiert nicht mit anderen anorganischen Säuren, außer mit Flusssäure. Es ist auch oxidationsbeständig bei hohen Temperaturen. Es hat außerdem eine gute Thermoschockbeständigkeit und zerbröselt nicht durch schnelles Abkühlen an der Luft und anschließendes schnelles Erhitzen. Siliziumnitridkeramiken weisen bei hohen Temperaturen ein geringeres Kriechverhalten auf, während die langsame plastische Verformung bei hohen Temperaturen und konstanter Last gering ist.
Darüber hinaus verfügt Siliziumnitridkeramik auch über eine hohe spezifische Festigkeit, einen hohen spezifischen Modus, eine hohe Wärmeleitfähigkeit, hervorragende elektrische Eigenschaften und andere Vorteile, sodass sie in extremen Umgebungen wie hohen Temperaturen, hohen Geschwindigkeiten und stark korrosiven Medien einen besonderen Anwendungswert hat und als eines der vielversprechendsten Strukturkeramikmaterialien für Entwicklung und Anwendung gilt und oft bei vielen Anwendungen, die getestet werden müssen, die erste Wahl ist.
Veröffentlichungszeit: 15. August 2023