Когда слышишь про новую композитную керамику на основе sialon, сразу представляешь лаборатории с идеальными образцами. На практике же 80% производителей сталкиваются с тем, что β-фаза sialon начинает вести себя непредсказуемо при спекании. Лично видел, как на одном из подмосковных производств партия в 200 кг пошла в брак из-за банального нарушения градиента нагрева — а ведь по ТУ всё выглядело безупречно.
В Шаньдуне та же ООО 'Шаньдун Синькэсинь Новые Материалы Технологии' (https://www.xinkexin.ru) хоть и молодая компания, но уже поставляет sialon-керамику для форсунок металлургических печей. При этом их технологи упорно не афишируют, как именно им удаётся держать стабильность α/β-фазового соотношения при содержании Al2O3 выше 4%.
Коллега с Урала как-то привозил их образцы — микротрещины под электронным микроскопом видны только при 2000-кратном увеличении. Но это не отменяет проблем с адгезией покрытий: их же sialon-керамика для термопар требует дополнительной обработки плазмой, иначе показатели 'плывут' уже через 200 циклов нагрева.
Заметил, что многие производители замалчивают проблему рекристаллизации при длительном контакте с расплавленным алюминием. У того же 'Синькэсинь' есть патент на легирование иттрием, но на деле при температурах свыше 1300°C даже их композит теряет до 30% прочности за 50 часов.
Наши НИИ до сих пор пытаются адаптировать советские методики расчёта пористости для sialon-композитов. Помню, в 2022 году в Перми пытались воспроизвести японскую технологию горячего прессования — получили материал с 12% пористостью вместо заявленных 2%. Оказалось, давление в 50 МПа недостаточно для полного уплотнения порошковой смеси.
При этом если взять того же 'Синькэсинь', их техдокументация открыто указывает на необходимость давления минимум 80 МПа. Но наши предприятия часто экономят на гидравлических прессах, отсюда и разница в качестве.
Интересно, что при всех сложностях именно российские производители первыми начали экспериментировать с добавлением карбида титана в sialon-матрицу. Правда, стабильного результата добились только к 2023 году — до этого были проблемы с расслоением композита при термоциклировании.
Для режущего инструмента sialon-керамика показала себя на 30% хуже, чем ожидалось. В том же 'Синькэсинь' честно предупреждают: их материал для фрез по цветным металлам выдерживает не более 3 часов непрерывной работы при скоростях резания выше 300 м/мин.
Зато для уплотнительных колец химических насосов — идеально. Лично тестировал их образцы в сернокислотной среде: после 2000 часов эксплуатации эрозия составила менее 0,01 мм. Хотя изначально скептически относился — обычно керамика даёт микротрещины уже через 500 часов.
Самое неочевидное применение — направляющие для прокатных станов. Здесь sialon выигрывает у циркониевой керамики по износостойкости, но требует особой геометрии посадки. 'Синькэсинь' как раз разрабатывает профильные решения, но пока массово не внедряет.
Главная ошибка новичков — игнорирование режима газовой среды. Азот должен подаваться не равномерно, а импульсами, иначе образуются зоны с разной плотностью. 'Синькэсинь' в своих регламентах указывает циклограмму подачи, но большинство производителей её упрощают — и получают брак.
Ещё момент: скорость охлаждения. При резком снижении температуры ниже 800°C в материале возникают остаточные напряжения. Позже это выливается в трещины при механической обработке. Видел такие случаи на производстве в Челябинске — детали раскалывались при фрезеровке пазов.
Любопытно, что китайские технологи научились компенсировать это предварительным отжигом, но методика запатентована. В открытом доступе есть только общие рекомендации по термообработке.
Себестоимость sialon-керамики на 60% складывается из электроэнергии для печей спекания. 'Синькэсинь' решает это использованием индукционного нагрева, но их установки требуют частого обслуживания — каждые 400 циклов.
Многие не учитывают стоимость утилизации брака. При содержании AlN выше 5% материал не подлежит переработке — только захоронение. Это добавляет до 15% к итоговой цене.
Перспективы? Если удастся снизить температуру синтеза с 1800°C до 1500°C — себестоимость упадёт вдвое. Но пока такие эксперименты ведут только японские лаборатории, да и то в полупромышленных условиях.
Судя по тенденциям, через 2-3 года появятся гибридные композиты sialon-карбид кремния. 'Синькэсинь' уже анонсировали НИОКР в этом направлении, но коммерческих образцов пока нет.
Лично считаю, что прорыв будет связан с аддитивными технологиями. Порошковые 3D-принтеры для керамики пока не работают с sialon, но эксперименты в Дрездене показали обнадёживающие результаты.
Пока же реалии таковы: даже у продвинутых производителей вроде 'Синькэсинь' выход годной продукции редко превышает 73%. И это в условиях серийного производства, не говоря уже о штучных заказах сложной геометрии.
