Оксинитрид алюминия-кремния

α/β-сиалоновая керамика (оксинитрид алюминия-кремния) – новейшие материалы, разработанные для применения в качестве технической керамики и принадлежащие к классу нитридов кремния. Они встречаются только в некоторых композициях сырьевых материалов и состоят как минимум из трех фаз: α-сиалоновая, β-сиалоновая и аморфная или частично кристаллизованная зернограничная фаза.
Материалы категории α/β-сиалонов характеризуется уникальным сочетанием еще более высокой твердости по сравнению с обычным нитридом кремния с таким же высоким уровнем прочности. α-сиалоновая фаза обладает высокой твердостью, в то время как β-сиалоновая фаза – как и обычный нитрид кремния – обладает высокой ударной вязкостью. Соответствующие доли α-сиалоновой, β-сиалоновой и зернограничной фазы могут быть в значительной степени скорректированы, что позволяет изменять свойства α/β-сиалоновых материалов в соответствии с конкретными требованиями для различных областей применения.
При определенных условиях возможно даже производство градиентного материала, который содержит более высокую долю α-сиалона на поверхности, чем внутри материала. Компания CeramTec использует эту особенность для создания, например, нескольких весьма износостойких видов режущих керамики для применения в области машинной обработки: градиент α-сиалоновой фракции обеспечивает более высокую жесткость поверхности многогранных режущих пластин по сравнению с их сердцевиной, благодаря чему значительно повышается износостойкость режущей керамики. При этом сохраняется высокая ударная вязкость сердцевины.
Твердость и износостойкость α/β-сиалонов может быть дополнительно увеличена за счет включения твердых материалов, например, карбида кремния. Подобные разновидности оксинитридов алюминия-кремния отлично зарекомендовали себя в качестве компонентов, подверженных воздействию высоких трибологических нагрузок, например, в целлюлозно-бумажной промышленности.
 Пример характеристик

SiC-α/β-сиалона

• Значение модуля Юнга: 345 ГПа
• Твердость HV1: прибл. 17 ГПа
• Ударная вязкость: 5,5 МПа*м^1/2

Нитрид кремния (Si3N4)

Нитрид кремния (Si₃N₄) обладает превосходным сочетанием свойств. Он практически такой же легкий, как карбид кремния (SiC), но в то же время его микроструктура обеспечивает отличную устойчивость к тепловым ударам, а высокая ударная вязкость придает ему высокое сопротивление ударным нагрузкам.
 Микроструктура нитрида кремния состоит из удлиненных кристаллов, которые сцепляются в микростержни. Одной из областей применения, в которой это сочетание свойств оказалась особенно полезным, является обработка серого чугуна или чугуна с керамическими вставками. В отличие от твердых металлов или других режущих материалов, применение нитридкремниевой керамики позволяет выполнять обработку резанием с керамическими вставками на максимальной скорости без использования смазочно-охлаждающей жидкости. Сочетание хороших трибологических свойств и отличной ударной вязкости обуславливает широкое применение нитридкремниевой керамики в таких областях применения, как, например, производство шариков и тел качения для легких и чрезвычайно точных подшипников, сверхпрочных керамических инструментов для обработки металлов давлением, а также автомобильных компонентов, подверженных высоким нагрузкам. Помимо этого, высокая устойчивость к тепловым ударам и термостойкость нитридкремниевой керамики используется в сварочных процессах.
 Свойства нитрида кремния (Si₃N₄)

• Очень низкая плотность (3,21 г/см³)
• Очень высокая ударная вязкость
  (7 МПа*м^1/2)
• Хорошая ударная вязкость (850 МПа)
• Очень хорошая устойчивость к тепловым ударам: высокое тепловое напряжение
  (569 K)
• Максимальная рабочая температура в окислительной атмосфере: 1300 °C
• Максимальная рабочая температура в нейтральной атмосфере: 1600 °C