Nemetalno jedinjenje koje se sastoji od silicija i dušika, silicijum nitrida (Si3N4) je također napredan keramički materijal s najprilagodljivijom mješavinom mehaničkih, toplinskih i električnih svojstava. Osim toga, u usporedbi s većinom druge keramike, to je keramika visokih performansi s niskim koeficijentom toplinske ekspanzije koja nudi odličnu otpornost na termički udar.
Karakteristike
Zbog niskog koeficijenta termičke ekspanzije, materijal ima vrlo visoku otpornost na termički udar i dobru otpornost na lom. Si3N4 radni komadi su otporni na udarce. Ovi radni komadi mogu tolerisati radne temperature do 1400 °C i otporni su na hemikalije, korozivne efekte i specifične rastopljene metale kao što je aluminij, kao i kiseline i alkalne otopine. Još jedna karakteristika je njegova mala gustina. Ima malu gustoću od 3,2 do 3,3 g/cm3, što je gotovo jednako lagano kao aluminij (2,7 g/cm3), i ima maksimalnu čvrstoću na savijanje od ≥900 MPa.
Osim toga, Si3N4 karakterizira visoka otpornost na habanje i premašuje svojstva većine metala pri visokim temperaturama, kao što su čvrstoća na visokoj temperaturi i otpornost na puzanje. Nudi vrhunsku mješavinu otpornosti na puzanje i oksidaciju i nadmašuje sposobnost većine metala pri visokim temperaturama. Zahvaljujući niskoj toplinskoj provodljivosti i jakoj otpornosti na habanje, može izdržati najteže okolnosti u najzahtjevnijim industrijskim primjenama. Štoviše, silicijum nitrid je odlična opcija kada su potrebne mogućnosti visoke temperature i velikog opterećenja.
Svojstva
● Visoka otpornost na lom
● Dobra čvrstoća na savijanje
● Izuzetno mala gustina
● Nevjerovatno jaka otpornost na termalni udar
● Visoka radna temperatura u oksidirajućoj atmosferi
Metoda proizvodnje
Pet različitih procesa koji se koriste za proizvodnju silicijum nitrida - dovode do malo drugačijih radnih materijala i aplikacija.
SRBSN (reakciono vezan silicijum nitrid)
GPSN (sinterovani silicijum nitrid pod pritiskom gasa)
HPSN (vruće prešani silicijum nitrid)
HIP-SN (vruće izostatički prešani silicijum nitrid)
RBSN (reakciono vezan silicijum nitrid)
Među ovih pet, GPSN je najčešće korištena metoda proizvodnje.
Primjeri primjene
Kuglice i kotrljajući elementi za svjetlost
Zbog svoje velike otpornosti na lom i dobrih triboloških svojstava, keramika od silicijum nitrida je idealna za upotrebu kao kuglice i kotrljajući elementi za lagane, izuzetno precizne ležajeve, alate za formiranje keramike za teške uslove rada i visoko naprezane automobilske komponente. Osim toga, tehnike zavarivanja koriste jaku otpornost materijala na termalni udar i otpornost na visoke temperature.
Primene na visokim temperaturama
Osim toga, dugo se koristi u primjenama na visokim temperaturama. Činjenica da je to jedan od rijetkih monolitnih keramičkih materijala koji može izdržati ekstremne toplinske udare i temperaturne gradijente koje proizvode raketni motori na vodik/kiseonik.
Automotive Industry
Trenutno se materijal silicijum nitrida koristi prvenstveno u automobilskoj industriji u aplikacijama za dijelove motora i dodatne jedinice motora, kao što su turbo punjači za manju inerciju i smanjenje zaostajanja motora i emisije, žarnice za brže pokretanje, ventili za kontrolu ispušnih plinova za povećanje ubrzanja i jastučići za klackalice za plinske motore za smanjenje trošenja.
Elektronska industrija
Zbog svojih posebnih električnih svojstava, u mikroelektroničkim aplikacijama, silicijum nitrid se sve više koristi kao izolator i hemijska barijera u proizvodnji integrisanih kola za sigurno pakovanje uređaja. Silicijum nitrid se koristi kao pasivacijski sloj sa visokom difuzijskom barijerom protiv jona natrija i vode, koji su dva ključna uzroka korozije i nestabilnosti u mikroelektronici. U kondenzatorima za analogne uređaje, supstanca se također koristi kao električni izolator između slojeva polisilicijuma.
Zaključak
Keramika od silicijum nitrida je upotrebni materijal. Svaka vrsta ove keramike ima jedinstvene karakteristike koje je čine korisnom u različitim sektorima. Razumijevanje mnogih varijanti keramike silicijum nitrida olakšava odabir najbolje za datu primjenu.
