Niet-oxidische keramiek
Niet-oxidische keramiek bestaat uit keramische materialen die geen oxiden bevatten. In plaats van oxiden zijn deze keramieken opgebouwd uit verbindingen met borium (B), koolstof (C), stikstof (N) of silicium (Si). Door de aanwezigheid van covalente bindingen hebben deze materialen een hoge toepassingstemperatuur. Ze kenmerken zich door een hoge stijfheid, sterkte en hardheid, terwijl de dichtheid juist laag is.
Verschillende soorten hebben goede niet-bevochtigende eigenschappen bij gebruik met vloeibare metalen, zoals zink en aluminium.
Bekende soorten niet-oxidische keramiek zijn:
- Aluminiumnitride (AlN)
- Boorcarbide (B₄C)
- Boornitride (BN)
- Siliciumcarbide (SiC)
- Siliciumnitride (Si₃N₄)
- Andere niet-oxidische keramieken, zoals sialon
Aluminiumnitride (AlN) heeft een zeer hoge warmtegeleidbaarheid (180 W/mK) en wordt vaak gebruikt als ‘heatsink’ materiaal in de elektronische industrie.
AlN substraten worden voor zowel dunne en dikke filmtechniek toegepast. Daarbij worden ze voorzien van een patroon van lagen goud of zilver.
| Hardheid HV | E-modulus GPa | Buigsterkte MPa | Dichtheid g/cm3 | Uitzetting 10-6K-1 | Therm.geleiding W/(mK) | T max = K | |
| AlN 180 | 1200 | 310 | 390 | 3.30 | 4.6 | 180 | 1000 |
Boriumcarbide (B4C) is bijna net zo hard als diamant. De eigenschappen van boriumcarbide zijn vergelijkbaar met die van Siliciumcarbide. Echter is de slijtvastheid ervan hoger. Boriumcarbide wordt onder meer toegepast bij straalnozzles voor gritstralen. Vanwege de lage dichtheid in combinatie met een hoge stijfheid (hoge E-modulus) en goede mechanische eigenschappen wordt het materiaal veel in ballistische toepassingen gebruikt. Denk hierbij zowel aan persoonlijke bescherming als aan bescherming in bijvoorbeeld tanks en helikopters.
| Hardheid HV | E-Modulus GPa | Buigsterkte MPa | Dichtheid g/cm3 | Uitzetting 10-6K-1 | Therm.geleiding W/(mK) | T max = K | |
| B4C | 3000 | 450 | 400 | 2.50 | 5.0 | 45 | 500 |
Boriumnitride (BN) is een zacht materiaal en kan worden bewerkt (boren, draaien etc.) met standaard gereedschappen (geen diamantgereedschappen). Boriumnitride is in verschillende varianten leverbaar BN en BN HPBN.
Een belangrijke eigenschap van boriumnitride is dat het niet bevochtigd wordt door vloeibare materialen als aluminium, magnesium en zink.
Gimex levert boriumnitride ook als coating-materiaal. Dergelijke coatings, die met een kwast of roller worden aangebracht, vinden veelvuldig toepassing in de gieterij-wereld.
| Hardheid HV | E-modulus GPa | Buigsterkte MPa | Dichtheid g/cm3 | Uitzetting 10-6K-1 | Therm.geleiding W/(mK) | T max = K | |
| BN | 180 | 20 | 70 | 2.10 | 2.5 | 25 | 800 |
| BN HPBN | 200 | 30 | 70 | 1.80 | 2.5 | 40 | 1000 |
Siliciumcarbide (SiC) wordt vanwege haar uitstekende slijtage en corrosie weerstand veelvuldig toegepast in ondermeer pompen (mechanische afdichtingen, bussen, assen etc.) maar ook als beschermbuis en als ovenmeubilair.
Rekening houdend met de procesomstandigheden kunnen de medewerkers van Gimex u adviseren in het gebruik van SiSiC, SSiC, HP SiC of RSiC.
SiC heeft een zeer goede temperatuurwisselbestendigheid, toepasbaar tot 1600°C in oxiderend milieu. Siliciumcarbide is zeer sterk en kan met een zeer grote maatnauwkeurigheid geleverd worden.
| Hardheid HV | E-modulus GPa | Buigsterkte MPa | Dichtheid g/cm3 | Uitzetting 10-6K-1 | Therm.geleiding W/(mk) | T max = K | |
| SiC SiSiC | 2200 | 410 | 320 | 3.10 | 4.0 | 110 | 1400 |
| SiC SSiC | 2500 | 430 | 420 | 3.10 | 4.1 | 110 | 1600 |
| SiC HPSiC | 2500 | 450 | 590 | 3.20 | 4.1 | 180 | 1600 |
| SiC RSiC | - | 280 | - | 2,7 | 4,7 | 35 | 1600 (in lucht) |
Er zijn verschillende soorten Siliciumnitride, reactie gebonden Si3N4, gesinterde Si3N4 en heetgeperste Si3N4. Nitriden staan bekend om hun uitstekende thermische eigenschappen. Ook heeft het materiaal een hoge stijfheid.
De E-modulus van heetgeperste Si3N4, is zelfs meer dan 50% groter dan staal.
Siliciumnitride is ook zeer goed bestand tegen temperatuurwisselingen. Ook wordt Siliciumnitride absoluut niet aangetast door bijvoorbeeld vloeibaar aluminium of zink.
Een andere opmerkelijke eigenschap van Siliciumnitride is het lage wrijvingscoëfficiënt. Vandaar dat Si3N4, precisiekogels steeds vaker in kogellagers worden toegepast. Gimex heeft afnemers die Si3N4, kogellagers toepassen bij 20.000 toeren per minuut! Bij een gering toerental is het zelfs niet nodig een smeermiddel te gebruiken.
| Hardheid HV | E-modulus GPa | Buigsterkte MPa | Dichtheid g/cm3 | Uitzetting 10-6K-1 | Therm.geleiding W/(mK) | T max = K | |
| Si3N4 RBSN | 300 | 120 | 250 | 2.50 | 3.0 | 10 | 1400 |
| Si3N4 SSN | 1550 | 275 | 750 | 3.30 | 3.2 | 35 | 1100 |
| Si3N4 HPSN | 1600 | 320 | 850 | 3.20 | 3.2 | 35 | 100 |
In de groep overige niet-oxides onderscheidt Gimex een drietal materialen:
- Titaniumdiboride TiB2
- Zirconiumdiboride ZrB2
- Sialon
Titaniumdiboride TiB2 en Zirconiumdiboride ZrB2 zijn een tweetal kwaliteiten uit de groep Boriden. Ook al worden beide materialen relatief weinig toegepast, het zijn wel interessante materialen omdat de elektrische geleiding zeer goed is. Hierdoor wordt het materiaal gebruikt om elektrische contacten te maken voor onderdelen waarvoor ook een hoge slijtvastheid wordt gevraagd.
Omdat Titaniumdiboride niet wordt bevochtigd door vloeibare metalen, wordt het ook toegepast in de vorm van kroezen. Titaniumdiboride wordt daarnaast ook gebruikt bij de productie van keramische opdampschuitjes. Deze opdampschuitjes die worden gebruikt bij het opdampen van metalen, bestaan uit 2 of 3 componenten. Naast Titaniumdiboride voor de elektrische geleiding zijn dit AlN (warmtegeleiding) en BN (niet-bevochtiging).
Sialon is een siliciumaluminiumoxinitride. De combinatie van Si3N4 verrijkt met Al2O3 resulteert in een materiaal met hoge taaiheid. Sialon heeft een zeer goede thermoshockbestendigheid en heeft, evenals Si3N4 goede niet-bevochtigingseigenschappen bij gebruik met vloeibare non-ferro metalen als aluminium.
Indien u meer informatie wilt ontvangen over de toepassingsmogelijkheden van deze materialen, kunt u contact opnemen met de medewerkers van Gimex.
Contactformulier
Contact
- Gimex technische keramiek
- Grasbeemd 21
- 5705 DE Helmond
- +31 (0)345 574 255
- sales@gimex.nl
