Nietylowany tygiel z azotku krzemu Si3N4 do topienia metali szlachetnych

W skrócie

Tigel z azotku krzemu to tygiel wykonany głównie z azotku krzemu, który charakteryzuje się takimi zaletami jak odporność na wysoką temperaturę, odporność na korozję, odporność na zużycie itp. Jest powszechnie stosowany do topnienia metali, ceramiki oraz innych materiałów.

Szczegóły

Twardy tygiel z azotku krzemu charakteryzuje się optymalnym połączeniem twardości, odporności na pękanie, stabilności termicznej i obojętności chemicznej w trudnych warunkach topnienia, gdzie wymagana jest odporność na intensywne zużycie, erozję przez stopione metale, odkształcenia w wysokiej temperaturze oraz częste cykle termiczne, co czyni go szczególnie odpowiednim do precyzyjnego topienia metali o dużej wartości.

Zastosowanie tygla ceramicznego Si3N4:

• Metale wysokiej czystości/aktywne: Topienie wysokoczystego krzemu (stopień fotowoltaiczny, półprzewodnikowy), germanu, galu, indu itp., aby uniknąć zanieczyszczenia węglem i tlenem, zapewniając jednocześnie twardość i odporność na erozję przez stopiony krzem.
• Metale szlachetne: Topienie złota, srebra, metali z grupy platyny oraz ich stopów, wysoka twardość zapewniająca odporność na erozję spowodowaną przepływem ciekłego metalu, obojętność chemiczna gwarantująca czystość stopu.
• Stopy o wysokiej temperaturze topnienia/metale refraktaryczne: Topienie stopów tytanu, niklu stosowanych w warunkach wysokich temperatur, stopów molibdenu itp., charakteryzujących się wysoką wytrzymałością w podwyższonej temperaturze oraz odpornością na zmęczenie termiczne zgodnie z wymaganiami.

Cechy

• Bardzo wysoka twardość i odporność na zużycie: Twardość Vickersa wynosząca 15–18 GPa czyni ten materiał jednym z najtwardszych ceramik inżynieryjnych, ustępującym jedynie diamentowi, kostkowemu azotkowi boru oraz niektórym ceramikom węglika krzemu. To nada crucyblowi doskonałą odporność na erozję przez ciekły metal, erozję żużla oraz zużycie cząsteczkowe, znacząco wydłużając jego żywotność.
• Doskonała wytrzymałość w wysokiej temperaturze i odporność na pełzanie: Może zachować wysoką wytrzymałość nawet w wysokich temperaturach (do 1400 °C), charakteryzuje się doskonałą odpornością na odkształcenia w wysokiej temperaturze (pełzanie), zapewniając integralność konstrukcyjną i stabilność wymiarową tygla podczas długotrwałego topnienia w wysokiej temperaturze.

Doskonała odporność na szoki termiczne: Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej (~3,2 × 10⁻⁶/K) połączony z umiarkowaną przewodnością cieplną (~20–30 W/mK) umożliwia wytrzymywanie gwałtownych zmian temperatury podczas procesu topnienia (np. przy dozowaniu i opróżnianiu) bez powstawania pęknięć.

• Dobra stabilność chemiczna: Jest obojętne względem większości stopów metali (szczególnie metali nieżelaznych) oraz stopionych soli, nie ulega reakcjom chemicznym ani zanieczyszczeniu stopu. W atmosferze utleniającej tworzy na powierzchni ochronną warstwę SiO₂, która zwiększa odporność na korozję.
• Niska zwilżalność: Ma duży kąt kontaktu z wieloma metalami ciekłymi, takimi jak aluminium, miedź i ich stopy, co utrudnia przyleganie do metalu i ułatwia wlewanie stopu oraz czyszczenie tygla.

Parametr