Siliciumnitrid (Si₃N₄) und Sialone

Siliciumnitrid (Si₃N₄) ist eine Nichtoxidkeramik mit einer einzigartigen Kombination von herausragenden Werkstoffeigenschaften. Dazu gehören eine für Keramikwerkstoffe hohe Bruchzähigkeit (5-8 MPa·m^½) in Verbindung mit einer sehr hohen Biegefestigkeit (800-1000 MPa) und einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (3,5·10^-6 K^-1). Dies führt beispielsweise zu einer hervorragenden Temperaturwechselbeständigkeit. Weiterhin zeichnet sich die Hochleistungskeramik durch eine geringe Dichte (3,2 g·cm^-3), hohe Härte (12-17 GPa) und hohe Verschleißbeständigkeit aus. Ein besonderes Merkmal des Siliciumnitrids ist seine exzellente Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit im Hochtemperaturbereich. Um die mechanischen, thermischen und tribologischen Eigenschaften zusätzlich zu modifizieren, können Sialon-Keramiken hergestellt werden. Sialone entstehen durch den Einbau von Aluminium und Sauerstoff in das Siliciumnitridgitter.

Die Einsatzfelder von Siliciumnitrid und Sialonen sind vielfältig, zum Beispiel als Schneidstoff für die Zerspanungstechnik, als Hochleistungskeramik in der Umformtechnik, als Verschleißstoffe für Wälzlager oder als Konstruktionswerkstoff im Maschinen- und Anlagenbau für extreme mechanische, chemische und thermische Belastungen. Siliciumnitrid ist aufgrund seiner exzellenten mechanischen Eigenschaften und Biokompatibilität darüber hinaus auch für die Medizintechnik interessant.

 

Leistungsangebot

 

• Material- und Bauteilentwicklung im Bereich von Siliciumnitrid (Si₃N₄), Sialonen, Aluminiumnitrid (AlN), Titannitrid (TiN), Bornitrid (BN) und darauf basierender Komposite
• Anpassung und Optimierung der mechanischen und tribologischen Eigenschaften, der chemischen und Hochtemperaturbeständigkeit sowie der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit von Siliciumnitrid, Sialonen, Aluminiumnitrid, Titannitrid, Bornitrid und Kompositen
• Entwicklung und Testung von Prototypen für Anwendungen unter mechanischen, chemischen, thermischen und elektrischen Beanspruchungen
• Konzepte zur Kostenoptimierung für keramische Rohstoffe, Werkstoffe und Bauteile
  

 

Technische Ausstattung

 

• Durchgehende Fertigungslinie von der Pulveraufbereitung über Formgebung bis hin zur Finishbearbeitung und Charakterisierung
• Labor für mechanische Werkstoffprüfung
• Apparaturen zur Charakterisierung des Korrosionsverhaltens in verschiedenen Lösungen (Laugen und Säuren), unter Normaldruck bis zum Siedepunkt, hydrothermales Korrosionsverhalten bis 350 °C (Druck bis 200 bar) in Wasser und Salzlösungen
• Geräte zur Charakterisierung von Tribosystemen (Metalle, Keramiken, Kunststoffe, Schichten) unter definierten Beanspruchungsbedingungen (oszillierender Gleitverschleiß von Raumtemperatur bis 600 °C und definierten Luftfeuchtigkeit)
  

 

Anwendungsbereiche / Referenzen

 

• Verschleiß- und Schneidstoffe z. B. hochbelastbare Wälzlager (Kugeln, Wälzkörper) und Wendeschneidplatten, Bohrer und Fräser für Zerspanungsaufgaben
• Komponenten für den Chemieanlagenbau, die Metallurgie und Umformtechnik
• Hochtemperaturwerkstoffe mit speziellem Oxidations- und Korrosionsschutz für Anwendungen in der Energietechnik (Heißgasturbine) und im Motorenbau (keramische Glühkerze, Turbolader)
• Keramische Kochplatte und andere Heizsysteme
• Hochwärmeleitfähige Substrate für die Elektronik