질화 규소 세라믹: 알루미늄 주조의 특성, 유형 및 용도

질화 규소 세라믹은 강철, 흑연 및 기존 내화물이 더 이상 견디지 못할 때 많은 엔지니어가 찾는 재료입니다. 용융 금속, 빠른 열 순환 및 마모 마모가 만나는 곳에서 질화규소(Si3N4)는 강도, 열충격 내성 및 화학적 안정성의 보기 드문 조합을 제공하며, 이것이 바로 알루미늄 주조 및 다이캐스팅 핫엔드 툴링에서 친숙한 광경이 된 이유입니다.

우리 팀은 분말 선택부터 완성된 로터, 라이저 튜브 또는 히터 보호 튜브에 이르기까지 20년 이상 질화규소 세라믹을 사용해 왔습니다. 이 가이드에서는 재료 자체, 사용 가능한 등급, 주조소에서 마모된 부품을 세라믹으로 옮기기로 결정할 때 나타나는 실제적인 질문에 대해 그 경험을 통해 배운 내용을 공유합니다.

질화 규소 세라믹이란 무엇입니까?

질화규소는 규소와 질소의 화합물입니다. 강력한 공유 결합은 금속과 대부분의 산화물 세라믹이 비교할 수 없는 특성을 제공합니다. 고온에서 단단하게 유지되고 열충격을 견디며 용융된 비철 금속과 쉽게 반응하지 않습니다.

미세 구조는 성능의 많은 부분을 설명합니다. 질화규소는 알파와 베타의 두 가지 결정학적 형태로 존재합니다. 소결 중에 알파상은 베타로 변환되어 길쭉한 바늘 모양의 입자로 성장합니다. 이러한 입자는 펠트처럼 서로 맞물리고 그 네트워크는 질화규소 세라믹에 인성을 부여합니다. 거칠거나 유리 같은 세라믹이 부서지는 대신 에너지를 흡수합니다.

산업 서비스에서 가장 중요한 속성은 다음과 같습니다.

• 굽힘 강도는 일반적으로 등급에 따라 600~1,200MPa 사이입니다.
• 알루미나 세라믹의 약 2배에 달하는 파괴 인성
• 밀도는 입방센티미터당 약 3.2g으로 강철보다 훨씬 낮습니다.
• 열팽창이 적고 내열충격성이 우수함
• 대부분의 산, 염분 및 용융 비철금속에 대한 화학적 불활성
• 높은 전기 저항률, 발열체 근처에 유용
• 용융 알루미늄에 의한 젖음성이 매우 낮음

마지막 속성은 강조할 가치가 있습니다. 용융물이 젖지 않는 세라믹은 깨끗하게 유지되고 크기를 유지하며 산화물이나 용해된 원소를 주물 안으로 끌어들이지 않습니다. 이는 질화규소 세라믹이 탈기 및 이송 장비에서 이전 재료를 대체한 가장 큰 이유입니다.

제조 경로와 등급이 중요한 이유

"질화규소 세라믹"은 하나의 재료가 아닙니다. 분말의 성형 방식, 소결 보조제의 첨가량, 부품의 치밀화 방식에 따라 동일한 화학 물질을 사용하여 다공성의 저렴한 내화 등급 구성 요소 또는 다이 캐스팅 셀에서 수년 동안 유지되는 거의 완전히 밀도가 높은 구조용 세라믹을 생산할 수 있습니다.

1. RBSN(반응 결합 실리콘 질화물): 질소는 실리콘 프리폼과 반응하여 가공이 거의 필요하지 않은 다공성이지만 치수적으로 안정적인 본체를 제공합니다.
2. 사회보장번호(소결 실리콘 질화물): 이트리아, 알루미나 또는 마그네시아와 같은 산화물 첨가제를 사용한 무압력 소결.
3. 가스 압력 소결 실리콘 질화물(GPSN): 높은 질소 압력은 분해를 억제하고 밀도를 99% 이상으로 높입니다.
4. HPSN(열간 압착 실리콘 질화물): 치밀화 중 단축 압력은 가장 높은 강도를 제공하지만 부품을 단순한 모양으로 제한합니다.
5. SRBSN(소결 반응 결합 질화규소): 반응 결합에서 시작하여 소결로 끝나는 하이브리드 경로입니다.

소결 첨가제는 경로만큼이나 중요합니다. 결정립계에 얇은 유리상을 형성하여 치밀화를 촉진하고 해당 상의 구성에 따라 재료의 작동 방식이 결정됩니다. 잘 설계된 시스템은 경계가 크리프에 대한 저항성을 유지하는 반면 열악한 시스템은 온도에서 부드러워집니다.

우리는 다음에 대한 단계별 기술 노트를 작성했습니다. 질화규소 세라믹 제조 공정 분말 준비, 성형, 소결 및 검사에 대해 더 자세히 알고 싶으시면

질화규소 세라믹이 용융 알루미늄에 탁월한 이유

알루미늄은 보기보다 공격적입니다. 섭씨 700~750도에서 용융물은 많은 산화물을 감소시키고 대부분의 내화물을 적시고 닿는 모든 표면의 철, 실리콘 및 산소와 반응합니다. 용융물과 반응하는 부품은 단순히 마모되는 것이 아닙니다. 이는 금속의 화학적 성질을 변화시키고 최종 검사 시 주조에 실패하는 함유물을 생성합니다.

질화 규소 세라믹 다르게 행동하십시오. 습윤성이 낮기 때문에 알루미늄이 달라붙지 않고 흘러내리므로 로터와 튜브의 기하학적 구조가 유지됩니다. 화학적 불활성은 용융물이 깨끗하게 유지된다는 것을 의미합니다. 열충격 저항성은 교대 근무를 방해하는 느린 예열 과정 없이 방한 튜브가 뜨거운 용광로에 곧바로 들어갈 수 있음을 의미합니다.

질화규소 세라믹으로 제작된 일반적인 핫엔드 부품은 다음과 같습니다.

• 수소 및 개재물 제거를 위한 탈기 및 정제 로터
• 저압 주조 및 금속 이송용 라이저 튜브 및 줄기 튜브
• 유량 제어용 스토퍼 로드 및 밸브 부품
• 히터 보호관 및 열전대 보호관
• 세탁 라이닝, 플럭스 파이프, 제어봉 및 펌프 부품

가스 제거 로터는 재료가 얼마나 중요한지 보여줍니다. 로터는 부분적으로 잠긴 동안 분당 수백 회전으로 회전하여 가스 흐름을 미세한 기포로 분해하여 용융물에서 수소를 제거합니다. 이는 균형을 잃거나 금속에 입자가 떨어지지 않고 침지, 격렬한 교반, 수천 번의 가열 및 냉각 주기를 견뎌야 합니다.

SG-28 질화 규소 세라믹 탈기 로터 흑연 로터와 비교하여 SG-28 질화 규소 세라믹 탈기 로터는 고온 상태에서 산화되지 않으므로 용융 알루미늄을 오염시키지 않으며... 제품보기 →

알루미늄 주조 및 다이캐스팅 수요가 가장 높은 두 가지 응용 분야이며, 용해로에서 금형에 이르기까지 동일한 재료 논리가 실행됩니다.

핫엔드의 각 단계에 구성요소 매칭

주조소에서 부품을 질화규소 세라믹으로 옮기기로 결정하면 다음 질문은 어떤 등급과 어떤 디자인이 해당 임무에 적합한가입니다. 대답은 일반적으로 프로세스 순서를 따릅니다.

가스 제거 및 정제

로터, 플럭스 파이프 및 제어봉은 공정의 가장 격동적인 부분에서 작동합니다. 최대 강도와 열 충격 저항이 필요하므로 완전 밀도 등급이 표준입니다. 벽 두께, 나사 설계 및 로터가 샤프트에 고정되는 방식은 재료 자체만큼 중요합니다. 왜냐하면 조인트에서 파손된 로터는 내마모성을 입증할 기회를 결코 얻지 못하기 때문입니다.

여과

정밀 여과는 금속이 금형에 도달하기 전에 마지막 함유물을 제거합니다. 세라믹 필터 요소는 취급, 예열 및 전체 세탁 압력을 견딜 수 있을 만큼 충분한 강도와 투과성을 결합해야 합니다. 튜브 구조는 바닥 공간이 제한되어 있고 교체 가능한 소형 장치에서 용융물을 세척해야 하는 경우 특히 효과적입니다.

SMF-02 정밀 튜브 필터 알루미늄 주조 산업은 고급 제조 및 환경에 대한 수요 증가와 함께 용융 알루미늄 순도에 대한 점점 더 엄격한 요구 사항에 직면해 있습니다. 제품보기 →

난방 및 온도 조절

침지식 히터와 외부 튜브는 액체 알루미늄 욕조에서 지속적으로 작동합니다. 세라믹 튜브는 용융물과 반응하지 않고 효율적으로 열을 전도해야 하며 수조 높이가 변할 때 생성되는 열 구배를 견뎌야 합니다. 열전대용 보호 튜브는 동일한 환경에 직면하면서도 더 엄격한 치수 제어를 요구합니다. 10분의 1밀리미터가 센서의 응답 시간을 변경할 수 있기 때문입니다.

SG-28 질화 규소 세라믹 히터 보호 튜브 SG-28 질화 규소 세라믹 히터 보호 튜브는 용융 알루미늄의 고온, 부식 및 열충격에 강한 저항성을 가지고 있습니다. 그것은 h를 견딜 수 있습니다 ... 제품보기 →

전송, 흐름 제어 및 캐스팅

라이저 튜브, 스토퍼 로드, 제어봉 및 펌프 부품은 주조장의 배관을 구성합니다. 여기서 우선순위는 치수 정확도, 보어의 침식에 대한 저항성, 플랜지에 균열이 생기지 않고 반복적인 열 사이클을 견딜 수 있는 능력입니다. 이러한 부품은 크기가 큰 경우가 많기 때문에 제조 경로 선택은 비용과 배송 시간 모두에 직접적인 영향을 미칩니다.

질화규소 세라믹 공급업체를 평가하는 방법

질화규소는 잘 만들기가 어렵고, 좋은 부품과 평범한 부품의 차이는 대개 도면보다는 사용 후 6개월 정도에 나타납니다. 고객이 기존 공급업체에 대한 견적을 요청하면 몇 가지 실제적인 사항을 비교할 것을 제안합니다.

1. 어떤 등급이 제공되고 그 이유가 무엇인지 물어보십시오. 무압력 소결체와 가스 압력 소결체의 차이를 설명할 수 없는 공급업체는 생산량의 차이를 통제할 가능성이 없습니다.
2. 치수 제어에 대해 문의하십시오. 세라믹 부품은 현장에서 조정할 수 없기 때문에 로터 나사산, 튜브 보어 및 플랜지 면이 정확해야 합니다.
3. 형용사보다는 테스트 데이터를 요청하세요. 강도, 밀도 및 열 충격 결과는 정의된 테스트 방법에서 나와야 합니다.
4. 배송 모델을 확인하세요. 소모성 세라믹은 일정에 따라 교체되므로 리드타임과 재고 보유 능력이 단가만큼 중요합니다.
5. 공급업체가 또 누구에게 서비스를 제공하는지 살펴보세요. 알루미늄 및 기타 비철 핫엔드에 초점을 맞춘 제조업체는 귀하의 공정과 실패 모드를 이해합니다.

SGJL에서는 20,000m2 규모의 시설에서 질화규소 및 관련 세라믹 재료를 제조하고 알루미늄 주조 및 다이캐스팅 산업을 핵심 시장으로 삼아 30개국 이상의 고객에게 배송합니다. 당사의 제품군에는 SG-28 질화규소, OS-11 O'Sialon, TA-03 알루미늄 티타네이트, 고효율 침수 히터, 강옥 축열 볼 및 전체 세라믹 펌프 부품이 포함됩니다.

질화규소 세라믹은 보편적인 대답이 아니며 주조소의 모든 내화물을 세라믹으로 교체하는 것을 결코 제안하지 않습니다. 그러나 용융된 알루미늄이 관련된 경우, 부품이 조기에 고장나거나 용융물을 오염시키는 경우, 유지 관리 기간이 짧은 경우에는 지속적으로 비용을 지불합니다. 로터, 라이저 튜브 또는 히터 보호 튜브의 변경 사항을 평가하는 경우 듀티 사이클에 대해 기꺼이 논의하고 이에 맞는 등급을 추천해 드립니다.