เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์: คุณสมบัติ ประเภท และการใช้ในการหล่ออลูมิเนียม

เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์เป็นวัสดุที่วิศวกรหลายคนเข้าถึงเมื่อเหล็ก กราไฟท์ และวัสดุทนไฟทั่วไปทนไม่ไหวอีกต่อไป เมื่อโลหะหลอมเหลว การหมุนเวียนเนื่องจากความร้อนอย่างรวดเร็ว และการสึกหรอจากการเสียดสีมาบรรจบกัน ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) นำเสนอการผสมผสานที่หาได้ยากของความแข็งแกร่ง ความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจากความร้อน และความเสถียรทางเคมี และนั่นคือเหตุผลว่าทำไมจึงกลายเป็นสิ่งที่คุ้นเคยในการหล่ออะลูมิเนียมและเครื่องมือหล่อแบบ hot-end

ทีมงานของเราทำงานร่วมกับเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มานานกว่ายี่สิบปี ตั้งแต่การคัดเลือกผงไปจนถึงโรเตอร์สำเร็จรูป ท่อไรเซอร์ หรือท่อป้องกันเครื่องทำความร้อน ในคู่มือนี้ เราจะแบ่งปันประสบการณ์ที่สอนเราเกี่ยวกับตัววัสดุ เกรดที่มีอยู่ และคำถามเชิงปฏิบัติที่เกิดขึ้นเมื่อโรงหล่อตัดสินใจย้ายส่วนประกอบที่สึกหรอไปยังเซรามิก

เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์คืออะไร?

ซิลิคอนไนไตรด์เป็นสารประกอบของซิลิคอนและไนโตรเจน พันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งทำให้มีคุณสมบัติที่โลหะและเซรามิกออกไซด์ส่วนใหญ่ไม่สามารถจับคู่ได้: จะคงความแข็งที่อุณหภูมิสูง ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน และไม่ทำปฏิกิริยาทันทีกับโลหะที่ไม่ใช่เหล็กหลอมเหลว

โครงสร้างจุลภาคอธิบายประสิทธิภาพได้มาก ซิลิคอนไนไตรด์มีอยู่ในรูปแบบผลึกศาสตร์สองรูปแบบ ได้แก่ อัลฟ่าและเบต้า ในระหว่างการเผาผนึก เฟสอัลฟาจะเปลี่ยนเป็นเบต้า ซึ่งจะเติบโตเป็นเมล็ดยาวคล้ายเข็ม ธัญพืชเหล่านั้นเชื่อมต่อกันเหมือนสักหลาด และเครือข่ายนั้นคือสิ่งที่ทำให้เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีความเหนียว โดยพวกมันดูดซับพลังงานแทนที่จะทำให้เซรามิกหยาบหรือคล้ายแก้วแตกสลาย

คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดในการบริการทางอุตสาหกรรม ได้แก่ :

• ความต้านทานแรงดัดงอโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 600 ถึง 1,200 MPa ขึ้นอยู่กับเกรด
• ความทนทานต่อการแตกหักประมาณสองเท่าของอลูมินาเซรามิก
• ความหนาแน่นประมาณ 3.2 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ต่ำกว่าเหล็กมาก
• การขยายตัวทางความร้อนต่ำและความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างดีเยี่ยม
• ความเฉื่อยของสารเคมีกับกรด เกลือ และโลหะที่ไม่ใช่เหล็กหลอมเหลวส่วนใหญ่
• มีความต้านทานไฟฟ้าสูง มีประโยชน์เมื่ออยู่ใกล้องค์ประกอบความร้อน
• ความสามารถในการเปียกน้ำต่ำมากด้วยอะลูมิเนียมหลอมเหลว

คุณสมบัติสุดท้ายนั้นสมควรได้รับการเน้น เซรามิกที่หลอมเหลวไม่สามารถเปียกได้ คงความสะอาด คงขนาดไว้ และไม่ลากออกไซด์หรือองค์ประกอบที่ละลายเข้าไปในการหล่อ นี่เป็นเหตุผลเดียวที่ใหญ่ที่สุดที่เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์เข้ามาแทนที่วัสดุก่อนหน้านี้ในอุปกรณ์กำจัดก๊าซและถ่ายโอน

เส้นทางการผลิตและเหตุใดเกรดจึงมีความสำคัญ

"เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์" ไม่ใช่วัสดุชนิดเดียว ขึ้นอยู่กับลักษณะของผง ปริมาณสารช่วยในการเผาผนึกที่เพิ่มเข้าไป และชิ้นส่วนมีความหนาแน่นแค่ไหน สารเคมีชนิดเดียวกันนี้สามารถผลิตส่วนประกอบเกรดทนไฟที่มีรูพรุนและราคาไม่แพง หรือเซรามิกที่มีโครงสร้างหนาแน่นเกือบเต็มที่ ซึ่งคงอยู่ได้นานหลายปีในเซลล์หล่อแบบตายตัว

1. ซิลิคอนไนไตรด์ที่มีพันธะกับปฏิกิริยา (อาร์บีเอสเอ็น): ไนโตรเจนทำปฏิกิริยากับซิลิกอนพรีฟอร์ม ทำให้มีตัวเครื่องที่มีรูพรุนแต่มีมิติที่เสถียรซึ่งต้องการการตัดเฉือนเพียงเล็กน้อย
2. ซิลิกอนไนไตรด์เผา (สสส): การเผาซินเทอร์แบบไร้แรงดันด้วยสารเติมแต่งออกไซด์ เช่น อิตเทรีย อลูมินา หรือแมกนีเซีย
3. ซิลิคอนไนไตรด์เผาด้วยแรงดันแก๊ส (จีพีเอสเอ็น): ความดันไนโตรเจนสูงยับยั้งการสลายตัวและดันความหนาแน่นให้สูงกว่า 99 เปอร์เซ็นต์
4. ซิลิคอนไนไตรด์แบบกดร้อน (HPSN): แรงดันแกนเดียวในระหว่างการเพิ่มความหนาแน่นให้ความแข็งแรงสูงสุด แต่จำกัดชิ้นส่วนให้อยู่ในรูปทรงที่เรียบง่าย
5. ซิลิคอนไนไตรด์พันธะปฏิกิริยา (สสร): เส้นทางลูกผสมที่เริ่มต้นจากพันธะปฏิกิริยาและสิ้นสุดด้วยการเผาผนึก

สารเติมแต่งจากการเผามีความสำคัญพอๆ กับเส้นทาง พวกเขาส่งเสริมความหนาแน่นโดยการสร้างเฟสแก้วบางๆ ที่ขอบเขตของเกรน และองค์ประกอบของเฟสนั้นจะตัดสินว่าวัสดุมีพฤติกรรมอย่างไรในการให้บริการ: ระบบที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีช่วยให้ขอบเขตทนต่อการคืบคลาน ในขณะที่ขอบเขตที่ไม่ดีจะลดลงที่อุณหภูมิ

เราได้เขียนบันทึกทางเทคนิคทีละขั้นตอนเกี่ยวกับ กระบวนการผลิตเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ หากคุณต้องการเจาะลึกยิ่งขึ้นในการเตรียมผง การสร้างรูปร่าง การเผาผนึก และการตรวจสอบ

เหตุใดจึงต้องเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์เป็นเลิศในอะลูมิเนียมหลอมเหลว

อลูมิเนียมมีความดุดันมากกว่าที่เห็น ที่อุณหภูมิ 700 ถึง 750 องศาเซลเซียส สารหลอมละลายจะลดออกไซด์จำนวนมาก ทำให้วัสดุทนไฟส่วนใหญ่เปียก และทำปฏิกิริยากับเหล็ก ซิลิคอน และออกซิเจนที่พื้นผิวของทุกสิ่งที่สัมผัส ส่วนประกอบที่ทำปฏิกิริยากับการหลอมไม่เพียงแต่เสื่อมสภาพเท่านั้น โดยจะเปลี่ยนเคมีของโลหะและสร้างสารเจือปนที่ทำให้การหล่อล้มเหลวในการตรวจสอบขั้นสุดท้าย

เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ ประพฤติแตกต่างออกไป ความสามารถในการเปียกน้ำต่ำทำให้อะลูมิเนียมไหลออกมาแทนที่จะเกาะติด ดังนั้นโรเตอร์และท่อจึงคงรูปทรงไว้ ความเฉื่อยทางเคมีหมายความว่าของเหลวที่ละลายจะสะอาด การต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วทำให้ท่อป้องกันความเย็นสามารถเดินเข้าไปในเตาเผาที่ร้อนได้โดยตรง โดยไม่ต้องทำการอุ่นเครื่องอย่างช้าๆ ซึ่งกินเป็นกะ

ส่วนประกอบปลายร้อนทั่วไปที่ทำจากเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ประกอบด้วย:

• การไล่ก๊าซและการกลั่นโรเตอร์สำหรับการกำจัดไฮโดรเจนและสารเจือปน
• ท่อไรเซอร์และท่อก้านสำหรับการหล่อด้วยแรงดันต่ำและการถ่ายเทโลหะ
• ก้านสต็อปเปอร์และส่วนประกอบวาล์วสำหรับการควบคุมการไหล
• ท่อป้องกันเครื่องทำความร้อนและท่อป้องกันเทอร์โมคัปเปิล
• ซักฟอก ท่อฟลักซ์ ก้านควบคุม และชิ้นส่วนปั๊ม

โรเตอร์ไล่แก๊สแสดงให้เห็นว่าวัสดุมีความสำคัญมากเพียงใด โรเตอร์หมุนด้วยความเร็วหลายร้อยรอบต่อนาทีในขณะที่บางส่วนจมอยู่ใต้น้ำ ทำให้กระแสก๊าซแตกออกเป็นฟองละเอียดที่ดึงไฮโดรเจนออกจากการหลอม ต้องทนต่อการแช่ การกวนอย่างรุนแรง และรอบการให้ความร้อนและความเย็นหลายพันรอบ โดยไม่สูญเสียความสมดุลหรือทำให้อนุภาคหลุดเข้าไปในโลหะ

SG-28 โรเตอร์ไล่แก๊สเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ เมื่อเปรียบเทียบกับโรเตอร์กราไฟท์ โรเตอร์ degassing เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ SG-28 จะไม่ถูกออกซิไดซ์ในสถานะอุณหภูมิสูง ดังนั้นจึงไม่ก่อให้เกิดมลพิษอลูมิเนียมหลอมเหลวและ... ดูผลิตภัณฑ์ →

หล่ออลูมิเนียมและหล่อตาย เป็นการใช้งานสองด้านที่เราเห็นความต้องการสูงสุด และตรรกะของวัสดุเดียวกันนั้นดำเนินไปตั้งแต่เตาหลอมไปจนถึงแม่พิมพ์

การจับคู่ส่วนประกอบกับแต่ละขั้นตอนของ Hot End

เมื่อโรงหล่อตัดสินใจย้ายส่วนประกอบไปยังเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ คำถามต่อไปคือเกรดใดและการออกแบบใดที่เหมาะกับหน้าที่ คำตอบมักจะเป็นไปตามลำดับกระบวนการ

การไล่ก๊าซและการกลั่น

โรเตอร์ ท่อฟลักซ์ซิ่ง และแท่งควบคุมทำงานในส่วนที่ปั่นป่วนที่สุดของกระบวนการ พวกเขาต้องการความแข็งแรงสูงสุดและทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน ดังนั้นเกรดที่มีความหนาแน่นเต็มที่จึงเป็นเรื่องปกติ ความหนาของผนัง การออกแบบเกลียว และวิธีที่โรเตอร์ถูกยึดเข้ากับเพลาพอๆ กับตัววัสดุ เนื่องจากโรเตอร์ที่ล้มเหลวที่ข้อต่อไม่เคยมีโอกาสพิสูจน์ความต้านทานการสึกหรอ

การกรอง

การกรองแบบละเอียดจะขจัดสิ่งเจือปนสุดท้ายก่อนที่โลหะจะถึงแม่พิมพ์ องค์ประกอบตัวกรองเซรามิกจะต้องรวมความสามารถในการซึมผ่านเข้ากับความแข็งแรงที่เพียงพอเพื่อให้สามารถจัดการ การอุ่นเครื่อง และแรงดันของการซักแบบเต็ม รูปทรงของท่อมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่มีพื้นที่จำกัด และต้องทำความสะอาดสารหลอมเหลวในอุปกรณ์ที่มีขนาดกะทัดรัดและสามารถเปลี่ยนได้

SMF-02 ฟิลเตอร์ท่อที่แม่นยำ เนื่องจากอุตสาหกรรมหล่ออะลูมิเนียมเผชิญกับข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นสำหรับความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมหลอมเหลว ควบคู่ไปกับความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการผลิตระดับไฮเอนด์และสิ่งแวดล้อม... ดูผลิตภัณฑ์ →

การควบคุมอุณหภูมิและความร้อน

เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มและท่อด้านนอกทำงานอย่างต่อเนื่องในอ่างอะลูมิเนียมเหลว หลอดเซรามิกจะต้องนำความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ทำปฏิกิริยากับการหลอมเหลว และต้องต้านทานการไล่ระดับความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อระดับอ่างเปลี่ยนไป ท่อป้องกันสำหรับเทอร์โมคัปเปิลต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมเดียวกันในขณะที่ต้องการการควบคุมขนาดที่เข้มงวดมากขึ้น เนื่องจากเวลาตอบสนองของเซนเซอร์เพียงสองสามในสิบของมิลลิเมตรสามารถเปลี่ยนได้

SG-28 ท่อป้องกันฮีตเตอร์เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ ท่อป้องกันฮีตเตอร์เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ SG-28 มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูง การกัดกร่อน และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วในอะลูมิเนียมหลอมเหลว มันสามารถทนต่อการ... ดูผลิตภัณฑ์ →

การถ่ายโอน การควบคุมการไหล และการหล่อ

ท่อไรเซอร์ แท่งสต็อปเปอร์ แท่งควบคุม และชิ้นส่วนปั๊มประกอบเป็นท่อประปาของโรงหล่อ สิ่งสำคัญอันดับแรกคือความแม่นยำของมิติ ความต้านทานต่อการกัดเซาะที่รูเจาะ และความสามารถในการอยู่รอดจากวงจรความร้อนซ้ำๆ โดยไม่แตกร้าวที่หน้าแปลน เนื่องจากชิ้นส่วนเหล่านี้มักจะมีขนาดใหญ่ การเลือกเส้นทางการผลิตจึงมีผลโดยตรงต่อต้นทุนและเวลาในการจัดส่ง

วิธีการประเมินซัพพลายเออร์เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์

ซิลิคอนไนไตรด์นั้นผลิตได้ยาก และความแตกต่างระหว่างชิ้นส่วนที่ดีและชิ้นส่วนธรรมดามักจะแสดงออกมาให้เห็นถึงการใช้งานเป็นเวลาหกเดือน แทนที่จะอยู่บนแบบร่าง เมื่อลูกค้าขอให้เราเสนอราคาเทียบกับซัพพลายเออร์รายเดิม เราขอแนะนำให้พวกเขาเปรียบเทียบประเด็นที่เป็นประโยชน์บางประการ

1. ถามว่ามีการเสนอเกรดใดและเพราะเหตุใด ซัพพลายเออร์ที่ไม่สามารถอธิบายความแตกต่างระหว่างตัวเผาผนึกแบบไร้แรงดันและตัวเผาผนึกด้วยแรงดันแก๊สไม่น่าจะควบคุมความแตกต่างในการผลิตได้
2. สอบถามเรื่องการควบคุมมิติ เกลียวโรเตอร์ รูท่อ และหน้าหน้าแปลนจะต้องถูกต้อง เนื่องจากไม่สามารถปรับเปลี่ยนชิ้นส่วนเซรามิกที่ไซต์งานได้
3. ขอข้อมูลการทดสอบมากกว่าคำคุณศัพท์ ผลลัพธ์ด้านความแข็งแรง ความหนาแน่น และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันควรมาจากวิธีการทดสอบที่กำหนดไว้
4. ตรวจสอบรูปแบบการจัดส่ง เซรามิกที่บริโภคจะถูกเปลี่ยนตามกำหนดเวลา ดังนั้นระยะเวลารอคอยสินค้าและความสามารถในการกักสต็อกจึงมีความสำคัญพอๆ กับราคาต่อหน่วย
5. ดูว่าซัพพลายเออร์ให้บริการใครอีกบ้าง ผู้ผลิตที่เน้นด้านอะลูมิเนียมและปลายร้อนที่ไม่ใช่เหล็กอื่นๆ จะเข้าใจกระบวนการและรูปแบบความล้มเหลวของคุณ

ที่ SGJL เราผลิตซิลิคอนไนไตรด์และวัสดุเซรามิกที่เกี่ยวข้องในโรงงานขนาด 20,000 ตารางเมตร และจัดส่งให้กับลูกค้าในกว่าสามสิบประเทศ โดยมีอุตสาหกรรมการหล่ออะลูมิเนียมและการหล่อแบบตายตัวเป็นตลาดหลักของเรา กลุ่มผลิตภัณฑ์ของเราประกอบด้วยซิลิคอนไนไตรด์ SG-28, OS-11 O'Sialon, อะลูมิเนียมไททาเนต TA-03, เครื่องทำความร้อนแบบแช่ประสิทธิภาพสูง, บอลเก็บความร้อนคอรันดัม และชิ้นส่วนปั๊มเซรามิกเต็มรูปแบบ

เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ไม่ใช่คำตอบสากล และเราจะไม่แนะนำให้เปลี่ยนวัสดุทนไฟทุกรายการในโรงหล่อด้วย แต่ในกรณีที่เกี่ยวข้องกับอะลูมิเนียมหลอมเหลว ในกรณีที่ชิ้นส่วนเสียหายเร็วหรือปนเปื้อนการหลอม และในกรณีที่ระยะเวลาการบำรุงรักษาสั้น พวกเขาก็จะต้องรับผิดชอบเองอย่างสม่ำเสมอ หากคุณกำลังชั่งน้ำหนักการเปลี่ยนแปลงของโรเตอร์ ท่อไรเซอร์ หรือท่อป้องกันตัวทำความร้อน เรายินดีที่จะพูดคุยตลอดรอบการทำงานของคุณและแนะนำเกรดที่เหมาะกับมัน