What Ceramic to ChooseSilicon Nitri

What Ceramic to Choose

Silicon Nitride: Among the various engineering ceramics that have been developed over the decades, silicon nitride has received the most attention for use in internal combustion engines and turbines. It has good thermal shock resistance (ΔT ~ 600 C) and good creep resistance. Though very desirable as an engine material, their poor mechanical strength (low fracture toughness) has precluded their use in load-bearing applications. As the brittleness of silicon-based ceramics is considered an intrinsic characteristic of such materials (ref 15) by virtue of their strong bonding, covalent and ionic, only limited increases in the fracture toughness of silicon nitride is believed to be attainable. The development of ceramic matrix composites (CMC) is considered to be a more attractive alternative (ref 15), but success in this approach has been limited.

Although some progress has been made over the years, the processing of silicon nitride remains a problem (ref 20) and larger higher-strength silicon nitride components have yet to be fabricated. Silicon nitride cannot be heated over 1850 C to densify because it dissociates into silicon and nitrogen. Also its covalent bonding does not allow it to easily sinter and fully densify.

Furthermore, silicon nitride ceramics in a hot, corrosive and humid oxidizing atmosphere (such as during fuel-air combustion in internal combustion and turbine engines) are prone to degradation. When they are subject to oxidation, water vapour and high temperatures they form a thermally-grown silicon oxide layer which continually volatilises as hydroxide species affecting the integrity of the silicon-based ceramic surface. For more about silicon nitride and silicon carbide degradation see references 7-13 and 17-18 below.

Despite the persistent and seemingly intractable problems of degradation and poor mechanical strength as well as the difficulties in fabricating and processing larger higher-strength load-bearing components, silicon nitride ceramic remains surprisingly the preferred high temperature material for turbines.

With only a limited budget, Ceramic Rotary Engines Inc (CRE) simply cannot afford the very high costs that are required in developing a silicon nitride engine given the length of time silicon nitride has been under development (i.e. since the 1960s) and given the great uncertainities in the fabrication of durable and reliable silicon nitride components for our ceramic engine.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เซรามิกใดให้เลือกซิลิคอน Nitride: ระหว่างต่าง ๆ วิศวกรรมเซรามิกส์ที่ได้รับการพัฒนาทศวรรษ silicon nitride ความสนใจส่วนใหญ่ใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายในกังหันรับ มีการไล่ความร้อนที่ดีความต้านทาน (ΔT ~ 600 C) และดีคืบความต้านทาน ว่ามากต้องเป็นวัสดุเครื่องยนต์ กำลังเครื่องจักรกลไม่ดี (กระดูกต่ำนึ่ง) มี precluded ใช้ในโปรแกรมโหลดแบริ่ง เป็นเปราะของเครื่องเคลือบซิลิคอนโดยถือลักษณะการ intrinsic ของวัสดุดังกล่าว (อ้างอิง 15) อาศัยความแข็งแกร่งยึด covalent และ ionic เพิ่มเพียงจำกัดที่นึ่งกระดูกของ silicon nitride เชื่อว่าเป็นตามนั้น การพัฒนาของเมตริกซ์เซรามิกคอมโพสิต (CMC) ถือเป็นทางเลือกน่าสนใจมากขึ้น (อ้างอิง 15), แต่ความสำเร็จในวิธีการนี้ถูกจำกัด แม้ว่าความคืบหน้าบางได้ปี การประมวลผลของ silicon nitride ยังคง ปัญหา (อ้างอิงที่ 20) และคอมโพเนนต์ nitride ซิลิคอนความแข็งแรงสูงใหญ่ยังไม่ได้เป็นหลังสร้าง Nitride ซิลิคอนไม่ร้อนกว่า 1850 C กับ densify เพราะมัน dissociates เป็นซิลิคอนและไนโตรเจน ยัง ยึดของ covalent ไม่ให้ sinter ผ่านง่าย และ densify ทั้งหมด นอกจากนี้ ซิลิคอน nitride เคลือบร้อน กัดกร่อน และความชื้นบรรยากาศเติมออกซิเจน (เช่นในระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงอากาศในเครื่องยนต์สันดาปและกังหันภายใน) มีแนวโน้มที่จะสลายตัว เมื่อจะเกิดออกซิเดชัน ไอน้ำ และอุณหภูมิสูง จะฟอร์มชั้นออกไซด์ซิลิคอนแพโตที่ volatilises อย่างต่อเนื่องเป็นชนิดไฮดรอกไซด์ที่ส่งผลกระทบต่อความสมบูรณ์ของผิวเซรามิกใช้ซิลิคอน สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสร้าง nitride และซิลิคอนไฮไดรด์ซิลิคอนดูอ้างอิง 7-13 และ 17-18 ล่างแม้ มีปัญหาแบบถาวร และ intractable ดูเหมือนลดประสิทธิภาพ และความแข็งแรงทางกลดี ตลอดจนความยากลำบากใน fabricating และประมวลผลขนาดใหญ่ความแข็งแรงสูงแบกโหลดคอมโพเนนต์ silicon nitride เซรามิกยังคงจู่ ๆ วัสดุอุณหภูมิสูงสำหรับกังหัน มีเฉพาะงบ เซรามิกเครื่องยนต์โรตารี Inc (CRE) เพียงแค่ไม่สามารถต้นทุนสูงมากที่จำเป็นในการพัฒนาเครื่องยนต์ nitride ซิลิคอนให้ความยาวของเวลา silicon nitride ถูกพัฒนา (เช่นตั้งแต่ปี 1960) และให้ uncertainities ดีในการผลิตซิลิคอนทนทาน และเชื่อถือได้ประกอบ nitride เครื่องเซรามิกของเรา

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

อะไรเซรามิกการเลือกซิลิกอนไนไตรด์: ในหมู่เซรามิกวิศวกรรมต่างๆที่ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา, ซิลิคอนไนไตรด์ที่ได้รับความสนใจมากที่สุดสำหรับการใช้งานในเครื่องยนต์สันดาปภายในและกังหัน มันมีความต้านทานช็อกความร้อนที่ดี (ΔT ~ 600 C) และความต้านทานคืบดี แม้ว่าจะเป็นที่น่าพอใจมากเป็นวัสดุเครื่องยนต์ความแข็งแรงทางกลของพวกเขายากจน (แตกหักต่ำ) มีจรรยาบรรณการใช้งานของพวกเขาในการใช้งานแบกภาระ ในฐานะที่เป็นความเปราะของเซรามิกซิลิคอนถือว่าเป็นลักษณะที่แท้จริงของวัสดุดังกล่าว (อ้างอิงที่ 15) โดยอาศัยอำนาจของพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งของพวกเขาและอิออนเพิ่มขึ้น จำกัด อยู่เพียงในความเหนียวแตกหักของซิลิคอนไนไตรด์เชื่อว่าจะเป็นไปได้ การพัฒนาของเมทริกซ์คอมโพสิตเซรามิก (CMC) จะถือเป็นทางเลือกที่น่าสนใจมากขึ้น (อ้างอิงที่ 15) แต่ความสำเร็จในแนวทางนี้ได้รับการ จำกัด . แม้ว่าความคืบหน้าบางได้รับการทำปีที่ผ่านมาการดำเนินการของซิลิคอนไนไตรด์ยังคงเป็นปัญหา ( Ref 20) และมีขนาดใหญ่ความแข็งแรงสูงส่วนประกอบซิลิคอนไนไตรด์ยังไม่ได้รับการประดิษฐ์ ซิลิคอนไนไตรด์ไม่สามารถทำให้ร้อนกว่า 1850 C ทำการบดอัดเพราะมัน dissociates เป็นซิลิกอนและไนโตรเจน นอกจากนี้ยังมีพันธะโควาเลนต์ของมันไม่ได้ช่วยให้มันได้อย่างง่ายดายเผาและบดอัดอย่างเต็มที่. นอกจากนี้เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ในร้อนบรรยากาศออกซิไดซ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและชื้น (เช่นในระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงอากาศในการเผาไหม้ภายในและเครื่องยนต์กังหัน) มีแนวโน้มที่จะย่อยสลาย เมื่อพวกเขาอาจมีการออกซิเดชั่ไอน้ำและอุณหภูมิสูงที่พวกเขาก่อให้เกิดความร้อนซิลิกอนปลูกชั้นออกไซด์ซึ่ง volatilises อย่างต่อเนื่องเป็นสายพันธุ์ที่มีผลกระทบต่อไฮดรอกไซสมบูรณ์ของซิลิกอนที่ใช้พื้นผิวเซรามิก สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับซิลิกอนไนไตรด์และการย่อยสลายคาร์ไบด์ซิลิกอนดูอ้างอิง 7-13 และ 17-18 ด้านล่าง. แม้จะมีปัญหาถาวรและดูเหมือนว่ายากการย่อยสลายและความแข็งแรงเชิงกลที่ไม่ดีเช่นเดียวกับความยากลำบากในผลิตและการประมวลผลขนาดใหญ่ส่วนประกอบแบกภาระที่สูงขึ้นแรง เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ยังคงเป็นที่น่าแปลกใจวัสดุที่อุณหภูมิสูงที่ต้องการสำหรับกังหัน. มีเพียงงบประมาณ จำกัด , เครื่องยนต์โรตารีเซรามิค Inc (CRE) ก็ไม่สามารถจ่ายค่าใช้จ่ายสูงมากที่จะต้องในการพัฒนาเครื่องยนต์ซิลิคอนไนไตรด์ที่กำหนดระยะเวลาซิลิคอนไนไตรด์ ได้รับภายใต้การพัฒนา (คือตั้งแต่ปี 1960) และได้รับการ uncertainities ที่ดีในการผลิตของส่วนประกอบซิลิคอนไนไตรด์ที่คงทนและเชื่อถือได้สำหรับเครื่องยนต์เซรามิกของเรา

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

สิ่งที่เซรามิคให้เลือก

ซิลิคอนไนไตรด์ : ระหว่างวิศวกรรมเซรามิกต่าง ๆที่ได้ถูกพัฒนาขึ้นกว่าทศวรรษ ซิลิคอนไนไตรด์ที่ได้รับความสนใจมากที่สุดสำหรับใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายในและกังหัน มันมีช็อกต้านทานความร้อน ( Δ T ~ 600 C ) และต้านทานคืบดี แม้พึงปรารถนามากเป็นเครื่องมือ วัสดุความแข็งแรงของพวกเขาที่ยากจน ( ความต้านทานการแตกหักต่ำ ) ได้ลบใช้ในการรับ . ที่เปราะบางของซิลิกอนที่ใช้เซรามิกถือเป็นลักษณะเนื้อแท้ของวัสดุ เช่น ( 15 อ้างอิง ) โดยอาศัยพันธะโควา และแข็งแกร่งของพวกเขา , Ionic เพิ่มขึ้นเพียงจำกัดในการแตกหักของซิลิคอนไนไตรด์เชื่อว่าจะบรรลุได้การพัฒนาวัสดุผสมเซรามิกเมตริกซ์ ( CMC ) ถือว่าเป็นทางเลือกที่น่าสนใจมากขึ้น ( 15 อ้างอิง ) แต่ความสำเร็จในแนวทางนี้ได้รับการ จำกัด

ถึงแม้ว่าบาง คืบหน้าแล้วกว่าปี , การประมวลผลของซิลิคอนไนไตรด์ยังคงเป็นปัญหา ( 20 อ้างอิง ) และมีความแข็งแกร่งสูงซิลิคอนไนไตรด์ส่วนประกอบยังสามารถประดิษฐ์ .ซิลิคอนไนไตรด์จะอุ่นกว่า 850 C densify เพราะมัน dissociates ให้เป็นซิลิคอน และ ไนโตรเจน นอกจากนี้ของไชยทัตไม่อนุญาตให้สามารถซินเทอร์และเต็ม densify .

นอกจากนี้ ซิลิคอนไนไตรด์เซรามิกส์ในที่ร้อนและชื้น กัดกร่อนบรรยากาศออกซิไดซ์ ( เช่นอากาศในการเผาไหม้เชื้อเพลิงในการเผาไหม้ภายในเครื่องยนต์กังหัน ) มีแนวโน้มที่จะลดลงเมื่อพวกเขาอยู่ภายใต้การเกิดไอน้ำ และอุณหภูมิสูง พวกเขาฟอร์มซึ่งเติบโตขึ้นอย่างต่อเนื่อง volatilises ชั้นซิลิกอนออกไซด์ซึ่งเป็นชนิดโซดาไฟ มีผลต่อความสมบูรณ์ของพื้นผิวเซรามิกใช้ซิลิคอน สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับซิลิคอนไนไตรด์และความเสื่อมโทรมของซิลิคอนคาร์ไบด์ดูอ้างอิง 7-13 ง

และด้านล่างแม้จะดื้อและหัวแข็งที่ดูเหมือนปัญหาของการย่อยสลายและความแข็งแรงทางกลไม่ดีเช่นเดียวกับปัญหาใน fabricating และการประมวลผลขนาดใหญ่สูงกว่าเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์แรงรับน้ำหนักส่วนประกอบซาก จู่ ๆที่ต้องการอุณหภูมิสูงวัสดุสำหรับกังหัน

มีเพียงจำกัดงบประมาณเซรามิคหมุนเครื่องยนต์ INC ( CRE ) ก็ไม่สามารถจ่ายค่าใช้จ่ายที่สูงมากที่จำเป็นในการพัฒนาซิลิคอนไนไตรด์เครื่องยนต์ให้ความยาวของซิลิคอนไนไตรด์ เวลาได้รับภายใต้การพัฒนา ( เช่นตั้งแต่ปี 1960 ) และได้รับ uncertainities ที่ดีในการผลิตซิลิคอนไนไตรด์ส่วนประกอบคงทนและเชื่อถือได้สำหรับเครื่องยนต์เซรามิคของเรา