يتميز سيراميك نيتريد السيليكون، بثقله النوعي الخفيف، وقوته العالية، ومقاومة التآكل، والعزل الكهربائي الممتاز وخصائص التشحيم الذاتي، في مجال المحامل الخزفية، خاصة في ظل ظروف العمل القاسية مثل السرعة العالية ودرجة الحرارة العالية وعزم الدوران المنخفض و التشحيم بالزيت الخالي من الدهون، كرة نيتريد السيليكون كجسم متدحرج من السيراميك، تُظهر المحامل الخزفية إمكانات تطبيق ممتازة. ومع ذلك، فإن خصائص الرابطة التساهمية القوية لنتريد السيليكون تجعل من الصعب تكثيفها من خلال تلبيد الطور الصلب، مما يجلب تحديات لإعداد سيراميك نيتريد السيليكون. في هذا البحث، تمت مناقشة عملية تلبيد الطور السائل لسيراميك نيتريد السيليكون، بما في ذلك تلبيد الغلاف الجوي، وتلبد الضغط الساخن، وتلبد الضغط، وتأثير هذه العمليات على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لسيراميك نيتريد السيليكون.
يعد سيراميك نيتريد السيليكون الخيار الأول لأسطوانة المحمل الخزفية بخصائصه الممتازة مثل الوزن الخفيف والقوة العالية ومقاومة التآكل والعزل الكهربائي والتشحيم الذاتي. تعتبر المحامل الخزفية مع الكرات الخزفية من نيتريد السيليكون كأجسام دوارة مناسبة بشكل خاص للاستخدام في ظل ظروف العمل مثل السرعة العالية ودرجة الحرارة المرتفعة وعزم الدوران المنخفض والتشحيم بالزيت الهزيل، مثل محامل المغزل الآلية عالية السرعة لأدوات الآلات الدقيقة ومحامل طاقة الرياح و محامل الطيران.
نيتريد السيليكون عبارة عن مركب رابطة تساهمية قوي ذو معامل انتشار ذاتي منخفض وقوة دافعة غير كافية للتلبيد، لذلك من الصعب تحقيق التكثيف عن طريق تلبيد الطور الصلب البسيط. لذلك، يجب إضافة كمية معينة من إضافات التلبيد لإكمال عملية التكثيف عن طريق تلبيد الطور السائل. مبدأ تلبيد الطور السائل لسيراميك نيتريد السيليكون هو أن إضافات التلبيد تتفاعل مع SiO2 على سطح مسحوق نيتريد السيليكون لتكوين مرحلة سائلة، وتحت تأثير الطور السائل، تصل إلى التكثيف من خلال عملية إعادة ترتيب الجسيمات، المحلول - هطول الأمطار ونمو الحبوب.
تشمل طرق تلبيد الطور السائل شائعة الاستخدام لسيراميك نيتريد السيليكون تلبيد الضغط الجوي، وتلبد الضغط الساخن، وتلبد ضغط الهواء.
يبدأ نيتريد السيليكون في التحلل بعد 1700 درجة مئوية، من أجل منع تحلل نيتريد السيليكون، وعادة ما يتم تلبيد الضغط الجوي بواسطة مسحوق مدفون، ولكن تأثير المسحوق المدفون محدود، بحيث لا يمكن تلبيد درجة حرارة الضغط الجوي تتجاوز 1750 درجة مئوية، ويجب إضافة عدد كبير من إضافات التلبيد لتعزيز التكثيف، مما يؤثر بشكل خطير على أداء المنتج.
التلبيد بالضغط الساخن هو تحقيق التكثيف تحت العمل المزدوج للطور السائل والضغط الميكانيكي، ودرجة حرارة التلبيد منخفضة، وأداء المنتج ممتاز، ولكن نظرًا لقيود قالب الجرافيت، لا يمكن استخدامه إلا لـ إنتاج منتجات ذات أشكال بسيطة، والقدرة الإنتاجية منخفضة.
يعتمد تلبيد الضغط (GPS) على النيتروجين عالي الضغط (1 ~ 10 ميجاباسكال) لمنع تحلل نيتريد السيليكون، ويمكن أن يزيد من درجة حرارة تلبيد سيراميك نيتريد السيليكون إلى أكثر من 1900 درجة مئوية، ويحل التناقض بين التكثيف والتحلل بدرجة الحرارة العالية من عملية تلبد سيراميك نيتريد السيليكون، يمكن أن تقلل من كمية إضافات التلبد، وتحسين أداء المنتجات، ومناسبة للإنتاج الضخم.
في الوقت الحاضر، هناك الكثير من التقارير الأدبية حول تأثير عملية التلبيد الهوائية على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لسيراميك نيتريد السيليكون.
على سبيل المثال، تشو تشانغلينغ وآخرون. استخدم مسحوق β-Si3N4 كمادة خام وعقيق ألومنيوم الإيتريوم (YAG) كعامل تلبيد لإنتاج سيراميك نيتريد السيليكون عن طريق عملية تلبيد الضغط، ووجد أن درجة التكثيف والخواص الميكانيكية لسيراميك نيتريد السيليكون زادت أولاً ثم انخفضت مع زيادة درجة حرارة التلبيد.
قام ميتومو وآخرون، باستخدام مسحوق α-Si3N4 ومسحوق β-Si3N4 كمواد خام وMgO-Y2O3 كعامل تلبيد، بدراسة الاختلافات في البنية المجهرية لسيراميك نيتريد السيليكون الملبد بضغط مواد خام مختلفة، ووجدوا أنه تحت نفس التأثير في الظروف، أظهرت البنية المجهرية لسيراميك نيتريد السيليكون المحضر بمسحوق α-Si3N4 كمواد خام حالة ثنائية وحبيبات β-Si3N4 الخشنة. كانت البنية المجهرية لسيراميك نيتريد السيليكون المحضرة بمسحوق β-Si3N4 موحدة وأظهرت حالة أحادية الواسطة.
باختصار، إن عملية تحضير سيراميك نيتريد السيليكون، وخاصة تقنية تلبيد الطور السائل، لها تأثير حاسم على بنيتها المجهرية وخصائصها الميكانيكية. من خلال مقارنة مزايا وعيوب الطرق المختلفة مثل التلبيد الجوي، والتلبيد بالضغط الساخن، والتلبيد الهوائي، يمكننا أن نجد أن التلبيد الهوائي له أداء متميز في زيادة درجة حرارة التلبيد، ومنع تحلل نيتريد السيليكون، وتقليل كمية إضافات التلبيد وتحسين أداء المنتجات، ومناسبة للإنتاج الضخم لسيراميك نيتريد السيليكون عالي الأداء. وفي الوقت نفسه، فإن اختيار المواد الخام المختلفة وإضافات التلبيد له أيضًا تأثير كبير على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لسيراميك نيتريد السيليكون. في المستقبل، مع تعميق البحث والتقدم التكنولوجي المستمر، ستكون عملية تحضير سيراميك نيتريد السيليكون أكثر مثالية، وسيكون تطبيقه في الأدوات الآلية الدقيقة وطاقة الرياح والفضاء وغيرها من المجالات أكثر اتساعًا.
