सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक असर के लिए उपयुक्त क्यों है?
2023-07-03
एल्यूमिना सिरेमिक शीट उच्च परिशुद्धता और उच्च गति की दिशा में मशीनरी निर्माण के विकास के साथ, बीयरिंगों का अनुप्रयोग गुंजाइश व्यापक और व्यापक हो रहा है, और बीयरिंग के प्रदर्शन के लिए आवश्यकताएं अधिक और उच्चतर होती जा रही हैं। विशेष रूप से कुछ विशेष कार्य वातावरण में, धातु बीयरिंग जरूरतों को पूरा नहीं कर सकते हैं, या यहां तक कि पूरी तरह से काम भी कर सकते हैं। सिरेमिक सामग्री अपने कम घनत्व, उच्च लोचदार मापांक, छोटे रैखिक विस्तार गुणांक, पहनने के प्रतिरोध, उच्च तापमान प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध और अन्य उत्कृष्ट गुणों के कारण उच्च गति वाले विनिर्माण सटीक बीयरिंग के लिए आदर्श सामग्री बन गई है।
1. सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक के लाभ और विशेषताएं
हालांकि सिलिकॉन नाइट्राइड औद्योगिक सिरेमिक में सबसे कठिन और सबसे कठिन नहीं है, लेकिन उच्च प्रदर्शन की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में सबसे अच्छा यांत्रिक और भौतिक गुण माना जाता है। अब आइए अन्य असर सामग्री की तुलना में सिलिकॉन नाइट्राइड के फायदों को देखें।
पांच असर एल्यूमिना सिरेमिक बार सामग्री की प्रदर्शन तुलना
गर्मी प्रतिरोध
आम तौर पर, जब स्टील बीयरिंगों का सेवा तापमान 120 ℃ से अधिक हो जाता है, तो कठोरता और रोलिंग जीवन कम हो जाएगा। सिलिकॉन नाइट्राइड में अच्छी तापमान विशेषताएं हैं, विशेष रूप से उच्च तापमान वातावरण के लिए उपयुक्त है।
केन्द्रापसारक बल
सिलिकॉन नाइट्राइड का घनत्व लगभग 3.24 × 103kg/m3 है, जबकि असर स्टील का घनत्व लगभग 7.8 × 103 किग्रा/m3 है, जो कि असर स्टील के घनत्व का केवल 40% है, इसलिए जब रोलिंग तत्व असर का उपयोग करता है, असर उच्च गति पर घूमने पर केन्द्रापसारक बल के कारण होने वाले रोलिंग तत्व लोड की वृद्धि को रोक सकता है।
रैखिक विस्तार का गुणांक
सिलिकॉन नाइट्राइड का रैखिक विस्तार गुणांक असर स्टील का लगभग 1/4 है, इसलिए तापमान के साथ आकार परिवर्तन छोटा है, इसलिए बड़े तापमान परिवर्तन के साथ पर्यावरण में उपयोग करना फायदेमंद है।
कठोरता, लोच गुणांक, पॉइसन का अनुपात
क्योंकि सिलिकॉन नाइट्राइड का लोचदार गुणांक असर स्टील के बारे में 1.5 गुना है, सापेक्ष लोड का लोचदार विरूपण छोटा है और सापेक्ष लोड की कठोरता अधिक है।
संक्षारण प्रतिरोध, गैर-चुंबकीय, इन्सुलेशन
जब स्टील बीयरिंग का उपयोग रासायनिक मशीनरी उपकरण, भोजन, समुद्री और अन्य विभागों में उपयोग की जाने वाली मशीनरी के लिए किया जाता है, तो संक्षारण एक समस्या है। एक मजबूत चुंबकीय वातावरण में, जब स्टील बीयरिंग का उपयोग किया जाता है, तो असर से नीचे पहना जाने वाला ठीक पाउडर रोलिंग तत्व और रोलिंग सतह के बीच सोखता है, जो समय से पहले असर वाले नुकसान और बढ़े हुए शोर का मुख्य कारण बन जाएगा।
2. सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक असर की तैयारी
सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक एल्यूमिना सिरेमिक प्लंजर असर की तैयारी प्रक्रिया
सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक पाउडर की तैयारी
असर वाले भागों के लिए सिलिकॉन नाइट्राइड पाउडर में निम्नलिखित महत्वपूर्ण विशेषताएं होंगी: उच्च शुद्धता; अत्यधिक समान और महीन कण; α उच्च चरण सामग्री। सिलिकॉन नाइट्राइड पाउडर तैयार करने के लिए सबसे उपयुक्त विधि कार्बोथर्मल रिडक्शन नाइट्रिडेशन विधि है, जिसमें 3SIO2+6C+2N2 = SI3N4+6CO की प्रतिक्रिया सूत्र है। इस विधि द्वारा प्राप्त पाउडर में कम धातु अशुद्धियां, उच्च शुद्धता और ठीक कण, α उच्च चरण सामग्री, असर वाले भागों के लिए सामग्री की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक असर संबंधित भागों का गठन
सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक असर संबंधित भागों के कई तैयारी के तरीके हैं, जैसे कि प्रतिक्रिया सिंटरिंग, हॉट प्रेसिंग सिंटरिंग, प्रेशरलेस सिन्टरिंग और सेकेंडरी रिएक्शन सिन्टरिंग। पूरी तरह से घने सिलिकॉन नाइट्राइड सामग्री प्राप्त करने के लिए, हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग विधि आदर्श है।
सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक असर संबंधित भागों की मशीनिंग
सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक असर संबंधित भागों की मशीनिंग मूल रूप से असर स्टील भागों के समान है, और पीस तंत्र मूल रूप से समान है। हालांकि, सिलिकॉन नाइट्राइड और स्टील के विभिन्न गुणों के बीच बड़े अंतर के कारण, यांत्रिक प्रसंस्करण में टूल, प्रसंस्करण कारकों, पीस मिश्रण, आदि को पीसने में काफी अंतर हैं, और कण आकार, प्रकार के लिए प्रत्येक प्रक्रिया की आवश्यकताएं, प्रकार, प्रकार, प्रकार, प्रकार, प्रकार, प्रकार, प्रकार , आकार, मात्रा, शक्ति, कुचलने की विशेषताओं, पहनने की विशेषताओं, आदि के अपघर्षक अलग हैं। वर्तमान में, मुख्य रूप से सिलिकॉन कार्बाइड, बोरॉन कार्बाइड, डायमंड पाउडर, आदि का उपयोग किया जाता है।
सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक असर की विधानसभा
आम तौर पर, रोलिंग बीयरिंग चार मुख्य भागों, अर्थात् बाहरी रिंग, इनर रिंग, रोलिंग तत्व और पिंजरे से बने होते हैं। चूंकि रोलिंग बीयरिंग की दस श्रेणियां हैं, विभिन्न प्रकार के बीयरिंग अलग -अलग पिंजरे रूपों को अपनाते हैं, इसलिए बीयरिंग के विधानसभा तरीके भी अलग -अलग हैं।
सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक असर, एक महत्वपूर्ण यांत्रिक बुनियादी घटक के रूप में, अपनी उत्कृष्ट विशेषताओं के कारण नई भौतिक दुनिया में आगे बढ़ रहा है जो अन्य बीयरिंग से मेल नहीं खा सकता है। हाल के वर्षों में, एयरोस्पेस, नेविगेशन, परमाणु उद्योग, पेट्रोलियम, रासायनिक उद्योग, प्रकाश कपड़ा उद्योग, मशीनरी, धातुकर्म, इलेक्ट्रिक पावर, फूड, लोकोमोटिव, मेट्रो, हाई-स्पीड मशीन टूल्स, वैज्ञानिक अनुसंधान, रक्षा और सैन्य प्रौद्योगिकी के क्षेत्रों में ।
सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट के लक्षण:
उच्च-प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और इसके घटकों के लघुकरण के साथ, गर्मी अपव्यय प्रदर्शन और विश्वसनीयता को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक बन गया है। क्योंकि उच्च गर्मी के प्रवाह से प्रदर्शन में गिरावट और छोटा जीवन होगा, विभिन्न गर्मी विघटन प्रौद्योगिकियों के बीच, रेडिएटर प्रणाली जिरकोनिया सिरेमिक भागों के लिए उपयोगी और सुविधाजनक है, क्योंकि यह माइक्रोइलेक्ट्रोनिक पैकेजिंग सिस्टम का एक हिस्सा बन सकता है।
सिरेमिक सब्सट्रेट का नेतृत्व किया
जैसा कि हम सभी जानते हैं, सेमीकंडक्टर उपकरणों के संचालन के दौरान उत्पन्न गर्मी प्रमुख कारक है जो अर्धचालक उपकरणों की विफलता का कारण बनती है, और विद्युत इन्सुलेट सब्सट्रेट की थर्मल चालकता पूरे सेमीकंडक्टर उपकरणों की गर्मी विघटन की कुंजी है। रेडिएटर एक धातु सर्किट परत और एक सिरेमिक सब्सट्रेट से बना है, जैसे कि एल्यूमीनियम नाइट्राइड, सिलिकॉन नाइट्राइड, सिलिकॉन कार्बाइड और एल्यूमीनियम ऑक्साइड। इन सिरेमिक सब्सट्रेट के बीच, सिलिकॉन नाइट्राइड को इसकी उत्कृष्ट तापीय चालकता (60-90W/एमके), उच्च यांत्रिक शक्ति (650-850 एमपीए) और कम विस्तार गुणांक के कारण आशाजनक माना जाता है। वास्तव में, सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट आमतौर पर प्रत्यक्ष बॉन्डिंग कॉपर (डीबीसी) और डायरेक्ट कॉपर चढ़ाना (डीपीसी) प्रक्रियाओं के माध्यम से सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है। डीबीसी उच्च तापमान और सब्सट्रेट पर जमा धातु फिल्म के बीच यांत्रिक इंटरलॉकिंग द्वारा बढ़ाया आसंजन को प्राप्त करता है, जबकि डीपीसी वैक्यूम बयान द्वारा एक बीज परत बनाकर बढ़ाया आसंजन को प्राप्त करता है।
इसके अलावा, जटिल यांत्रिक वातावरण जैसे अशांति और कंपन के कारण, कुछ यांत्रिक विश्वसनीयता के साथ सब्सट्रेट सामग्री भी आवश्यक है। सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट सभी पहलुओं में अपेक्षाकृत संतुलित है और सबसे अच्छा व्यापक प्रदर्शन के साथ संरचनात्मक सिरेमिक सामग्री है। इसलिए, सिलिकॉन नाइट्राइड की इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए सिरेमिक सब्सट्रेट के निर्माण के क्षेत्र में मजबूत प्रतिस्पर्धा है।
एल्यूमीनियम नाइट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट
अतीत में, सर्किट सब्सट्रेट समग्र सर्किट की कार्यात्मक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए असतत घटकों या एकीकृत सर्किट और असतत घटकों से बने प्लानर सामग्री थे। इसके लिए केवल विद्युत इन्सुलेशन और चालकता की आवश्यकता होती है। बुद्धिमान सूचना युग में प्रवेश करने के बाद, बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को विद्युत ऊर्जा को परिवर्तित करने और नियंत्रित करने में सक्षम होने के लिए भी आवश्यक है, जो उपकरणों के विद्युत नियंत्रण और बिजली रूपांतरण प्रदर्शन आवश्यकताओं के साथ -साथ ऑपरेटिंग बिजली की खपत में भी सुधार करता है। तदनुसार, आम सब्सट्रेट अब जटिल बिजली उपकरणों के थर्मल प्रतिरोध को कम करने, काम करने वाले तापमान को नियंत्रित करने और विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए उच्च आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है, और बेहतर प्रदर्शन के साथ सिरेमिक सब्सट्रेट को बदल दिया जाना चाहिए।
सिरेमिक सब्सट्रेट पर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की प्रदर्शन आवश्यकताओं के अनुसार, सब्सट्रेट सामग्री में निम्नलिखित गुण होंगे:
1. अच्छा इन्सुलेशन और इलेक्ट्रिकल ब्रेकडाउन सिरेमिक निकला हुआ किनारा प्रतिरोध;
2. उच्च तापीय चालकता: तापीय चालकता सीधे कामकाज की स्थिति और सेमीकंडक्टर्स की सेवा जीवन को प्रभावित करती है। खराब गर्मी के विघटन के कारण असमान तापमान क्षेत्र भी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के शोर को बढ़ाएगा;
3. पैकेज में उपयोग की जाने वाली अन्य सामग्रियों के साथ थर्मल विस्तार गुणांक मैच;
4. उच्च आवृत्ति विशेषताओं, कम ढांकता हुआ स्थिर, कम ढांकता हुआ नुकसान;
5. सतह चिकनी है और मोटाई एक समान है, जो सब्सट्रेट की सतह पर सर्किट को प्रिंट करने के लिए सुविधाजनक है और मुद्रित सर्किट की समान मोटाई सुनिश्चित करती है;
सिरेमिक सब्सट्रेट
वर्तमान में, सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले सिरेमिक सब्सट्रेट सामग्री मुख्य रूप से एल्यूमीनियम ऑक्साइड और एल्यूमीनियम नाइट्राइड हैं। सिलिकॉन नाइट्राइड अपने प्रदर्शन के साथ कैसे तुलना करता है? निम्नलिखित तालिका से पता चलता है कि तीन सिरेमिक सब्सट्रेट सामग्री में स्पष्ट लाभ हैं, विशेष रूप से उच्च तापमान स्थितियों के तहत सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट सामग्री का उच्च तापमान प्रतिरोध, धातुओं के लिए रासायनिक जड़ता, अल्ट्रा-उच्च कठोरता, फ्रैक्चर क्रूरता और अन्य यांत्रिक गुण।
चूंकि सिलिकॉन नाइट्राइड इतना उत्कृष्ट है, इसलिए यह अभी भी शायद ही कभी बाजार में उपयोग किया जाता है? इसका विकास अवसर कहां है?
वास्तव में, तीन सामग्रियों में से प्रत्येक के इसके फायदे और नुकसान हैं। उदाहरण के लिए, हालांकि एल्यूमीनियम ऑक्साइड की थर्मल चालकता खराब है और उच्च-शक्ति सेमीकंडक्टर के विकास की प्रवृत्ति के साथ नहीं रख सकती है, इसकी विनिर्माण प्रक्रिया परिपक्व है और लागत कम है, इसलिए अभी भी कम-अंत क्षेत्र में एक बड़ी मांग है । एल्यूमीनियम नाइट्राइड की थर्मल चालकता सेमीकंडक्टर सामग्री के साथ सबसे अच्छा मिलान किया जाता है। इसका उपयोग उच्च-अंत उद्योगों में किया जा सकता है, लेकिन इसका यांत्रिक प्रदर्शन खराब है, जो अर्धचालक उपकरणों के जीवन को प्रभावित करता है, और इसकी उपयोग लागत अधिक है। सिलिकॉन नाइट्राइड व्यापक प्रदर्शन में सबसे अच्छा है, लेकिन प्रवेश सीमा अधिक है।
वर्तमान में, कई घरेलू वैज्ञानिक अनुसंधान संस्थान और उद्यम अध्ययन कर रहे हैं, लेकिन प्रौद्योगिकी मुश्किल है, उत्पादन लागत अधिक है, बाजार छोटा है, और बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग अभी तक प्रकट नहीं हुआ है। यही कारण है कि कई उद्यम अभी भी देखने के लिए इंतजार कर रहे हैं और निवेश बढ़ाने के लिए अपना दिमाग नहीं बनाया है। लेकिन अब स्थिति अलग है, क्योंकि दुनिया ने तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक के विकास के लिए एक महत्वपूर्ण अवधि में प्रवेश किया है। सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सबस्ट्रेट्स में संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान में परिपक्व उत्पाद हैं। इस संबंध में चीन के पास एक लंबा रास्ता तय करना है।
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