질화규소(Si3N4) 볼은 경량성, 자기 윤활성, 고절연성, 비자성, 고내성 등의 우수한 특성으로 인해 고속, 고정밀, 장수명 베어링 분야에서 큰 잠재력을 보여줍니다. 탄성률과 내식성이 우수합니다. 이 논문은 Si3N4 볼의 밀도, 기계적 특성 및 미세 구조를 개선하여 고성능 베어링에 대한 긴급한 요구를 충족시키기 위해 Si3N4 분말의 스프레이 과립화 공정, 특히 압력 스프레이 과립화 방법의 최적화를 논의하는 것을 목표로 합니다. 항공우주, 자동차, 풍력발전 분야의 소재
산업 기술의 급속한 발전으로 인해 재료 특성에 대한 요구 사항이 점점 더 엄격해지고 있습니다. 새로운 유형의 고성능 베어링 재료인 Si3N4 세라믹 볼은 성능을 더욱 향상시키기 위한 연구 핫스팟이 되었습니다. 그 중, 세라믹 볼의 최종 성능에 영향을 미치는 핵심 요소인 블랭크 밀도는 소결 후 세라믹 볼의 미세 기공 수 및 피로 수명과 직접적인 관련이 있습니다. 따라서 Si3N4 분말의 분무 과립화 공정을 최적화하여 규칙적인 분말 형태, 균일한 입자 크기 분포 및 증가된 벌크 밀도를 달성하는 것은 세라믹 볼의 성능을 향상시키는 효과적인 방법입니다.
Si3N4 볼의 성능 장점 및 응용 분야
고유한 물리적 및 화학적 특성을 갖춘 Si3N4 세라믹 볼은 여러 분야에서 상당한 이점을 보여줍니다. 질량이 낮아 베어링 시스템의 전체 부하를 줄이고 작동 효율성을 향상시킵니다. 자체 윤활 기능으로 윤활 요구 사항이 줄어들고 유지 관리 비용이 절감됩니다. 특수 환경에 적합한 높은 절연성과 비자성; 높은 탄성률과 내식성은 극한 조건에서도 장기간 안정적인 작동을 보장합니다. 이러한 장점으로 인해 Si3N4 세라믹 볼은 공작 기계 스핀들, 전기 스핀들, 자동차 엔진, 항공 우주 엔진 및 풍력 터빈과 같은 고속, 고정밀 및 장수명 베어링 시스템에 널리 사용됩니다.
스프레이 과립화 공정이 Si3N4 볼 특성에 미치는 영향
블랭크 밀도의 중요성
블랭크의 밀도는 세라믹 볼 제조에 있어서 중요한 변수로, 소결 후 세라믹 볼의 밀도와 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 블랭크의 밀도를 높이면 소결과정에서 기공의 형성을 줄여 세라믹 볼의 기계적 성질과 피로수명을 향상시키는데 도움이 된다.
스프레이 펠렛 분말의 형태와 부피밀도의 관계
스프레이 과립화는 고품질의 세라믹 분말을 제조하는 중요한 공정 중 하나입니다. 압력 분무 과립화를 통해 Si3N4 슬러리를 고압 하에서 과립화 타워에 분사하고, 뜨거운 공기 흐름 속에서 액적을 신속하게 건조시켜 구형 분말로 만듭니다. 이 과정에서 입자 표면의 용매 증발 속도를 제어하는 것이 규칙적인 형태와 균일한 입자 크기 분포를 갖는 분말을 얻는 데 중요합니다. 일반 구형 분말은 분말의 느슨한 밀도를 증가시켜 블랭크의 밀도와 균일성을 향상시키는 데 유리합니다.
최적화 전략
1. 슬러리 조성 최적화: 슬러리 내 각 성분의 비율과 분산제의 사용을 조정하여 응집을 줄이고 층리를 안정시키며 슬러리의 균일성과 안정성을 향상시킵니다.
2. 스프레이 압력, 노즐 설계, 열기 흐름 온도 등과 같은 스프레이 매개변수를 정밀하게 제어하여 입자 크기 분포와 액적의 건조 속도를 최적화하고 분말 형태의 규칙성을 보장하고 느슨한 밀도를 개선합니다.
후처리 최적화: 분무 과립화 후 분말을 스크리닝 및 등급화하고 부적격 입자를 제거하여 분말의 전반적인 품질을 더욱 향상시킵니다.
3. 실험 및 결과분석
일련의 실험을 통해 우리는 최적화된 압력 분무 과립화 기술로 제조된 Si3N4 세라믹 볼의 원시 밀도가 크게 증가했으며 소결된 세라믹 볼이 더 낮은 미세 다공성, 더 높은 경도 및 더 나은 피로 저항성을 나타냄을 발견했습니다. 미세구조분석 결과, 세라믹 볼의 입자구조가 더욱 조밀해지고 계면결합강도가 강화되는 것으로 나타났다.
결론 및 전망
본 논문에서는 Si3N4 스프레이 과립화 공정의 최적화, 특히 압력 스프레이 과립화 방법에 대한 심층 연구를 통해 Si3N4 세라믹 볼의 밀도, 기계적 특성 및 미세 구조가 성공적으로 개선되었으며, 이는 Si3N4 스프레이 과립화 공정에 대한 이론적 기초와 기술 지원을 제공합니다. 고성능 세라믹 볼을 준비합니다. 앞으로 재료 과학 및 준비 기술이 지속적으로 발전함에 따라 Si3N4 세라믹 볼은 고급 분야에서 고유한 장점을 발휘하고 관련 산업의 지속 가능한 발전을 촉진할 것입니다. 동시에 새로운 스프레이 과립화 기술과 공정 매개변수 최적화에 대한 추가 탐구는 세라믹 볼의 성능을 향상시키는 중요한 방향이 될 것입니다. 세라믹 볼의 성능 향상을 위한 Si3N4 분무 과립화 공정 최적화: 성능 이점, 적용 분야 및 공정 탐색
