Material

Керамика нитрида кремния (Si₃N₄)

Нитрид кремния (Si₃N₄) — это керамика, которую выбирают, когда деталь должна быть одновременно прочной, вязкой и лёгкой. При плотности всего 3,2 г/см³, прочности на изгиб 700–900 МПа и вязкости разрушения…

Керамика нитрида кремния (Si₃N₄)

Нитрид кремния (Si₃N₄) — это керамика, которую выбирают, когда деталь должна быть одновременно прочной, вязкой и лёгкой. При плотности всего 3,2 г/см³, прочности на изгиб 700–900 МПа и вязкости разрушения 6–8 MPa·m^1/2 он превосходит большинство металлов по удельной прочности и при этом выдерживает тепловые удары, которые раскалывают оксид алюминия или цирконий.

Эти свойства объясняют его доминирование в гибридных подшипниковых шариках, роторах турбокомпрессоров, лопатках газовых турбин и деталях автомобильных двигателей. В полупроводниковой отрасли он встречается в узлах захвата пластин и подъёмных штифтах, где одновременно требуются жёсткость, низкое загрязнение и способность к температурному циклированию.

Typical Properties

Indicative ranges — confirm grade and test conditions before design commitment.

PropertyIndicative Value
СоставGas-pressure sintered silicon nitride
Плотность3.20-3.25 g/cm3
Твёрдость по Виккерсу1500-1600 HV
Прочность на изгиб700-900 MPa
Вязкость разрушения6-8 MPa.m1/2
Максимальная рабочая температура1000 C (1200 C short term)
Теплопроводность25-35 W/m.K
Тепловое расширение (20-1000 C)3.2 x10-6/K
Potential Advantages

Лучшее в своём классе сочетание прочности, вязкости и низкой плотности; исключительная термостойкость; мелкая микроструктура допускает отделку поверхности уровня подшипников; устойчив к расплавленным цветным металлам (Al, Cu, Zn).

Design Considerations

Газостатическое спекание GPSN даёт лучшие свойства, но является самым дорогим вариантом. Прессованный/спечённый SN может снизить стоимость для менее требовательных применений. Уточните, связана ли задача с расплавленным железом или сталью: Si₃N₄ реагирует с ними, поэтому требуется защитное покрытие или замена материала.

Limitations & Trade-offs

Одна из более дорогих технических керамик. Реагирует с расплавленными ферросплавами, что ограничивает применение в среде переработки стали. Теплопроводность (25–35 W/m·K) ниже, чем у SiC, поэтому он не идеален в качестве распределителя тепла.