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陶瓷材質

氮化矽陶瓷加工 (Si₃N₄)

耐熱震、輕量化與高強度結構陶瓷

氮化矽陶瓷Si3N4

氮化矽 (Silicon Nitride) 是一種綜合性能優異的結構陶瓷。其最顯著的特性是具備極佳的抗熱震性 (Thermal Shock Resistance),能承受劇烈的溫度變化而不開裂。此外,氮化矽比重輕且強度高,並具有自潤滑特性,非常適合用於動態運轉部件。

氮化矽的 3 大核心應用優勢

  1. 卓越的抗熱震性:極低的熱膨脹係數,能承受劇烈的溫度變化,適合用於高溫爐具支撐或鋁湯升液管。
  2. 輕量高強度:密度僅 3.2,但強度與韌性優異。適合做為 晶圓搬運手臂,移動慣性小,定位更準。
  3. 耐磨且低摩擦:具有自潤滑性,是 高速混合陶瓷軸承 (Hybrid Bearing) 滾珠的最佳材料。

氮化矽的推薦應用領域

氮化矽因其「強韌」與「耐熱震」,常被用於動態運轉與冷熱衝擊的場合:

  • 高速轉動零件:
    • 陶瓷軸承滾珠 (Bearing Balls):重量比鋼輕 60%,離心力小,轉速可更高,且不需太多潤滑油。
    • 渦輪增壓轉子:汽車工業利用其輕量化特性,減少渦輪遲滯 (Turbo Lag)。
  • 半導體與自動化:
    • 晶圓搬運手臂 (Robot Arm):利用其高剛性與輕量化,實現高速移動定位。
    • 平台支撐銷 (Support Pin):耐磨且不導電,適合做為絕緣支撐點。
  • 金屬熔煉鑄造:
    • 升液管與保護管:氮化矽不與熔融的鋁湯、銅湯發生反應 (不沾濕),是鋁輪圈鑄造業的關鍵耗材。
  • 焊接治具:
    • 定位銷:焊接時高溫飛濺的焊渣不會黏附在氮化矽上,確保治具長期精準。

陶瓷材質特性表

性質/材質 氧化鋁 氧化鋯 碳化矽 氮化矽 氮化鋁
密度 g/cm³ 3.9 6 3.2 3.3 3.2
熱傳導率 W/m.K 28 1.8 126 27 160
熱膨脹係數10-6/°C 8 10.1 4 2.3 4.4
微硬度 kgf/mm² 1600 1400 2300 1500 1200
比熱J/(kg.K) 800 400 700 700 730
彈性係數 Gpa 370 200 410 310 340
抗拉強度 Mpa 262 700 400 524 400
抗壓強度 Mpa 2600 1850 3900 2500 2070
抗折強度 Mpa 380 690 550 780 360
破裂韌性 Mpa.m1/2 3.6 9.5 4.6 7.7 2.6
波爾松比 Poisson's ratio 0.23 0.26 0.19 0.24 0.25
熔點 °C 2053 2700 2700 1900 2400

(註: 陶瓷材料之理論特性僅供參考,實際數值可能因製程、批次或使用環境而有所差異。)

「看數據還是拿捏不準?讓樣品說話。」

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