Un compost no metàl·lic compost de silici i nitrogen, el nitrur de silici (Si3N4) també és un material ceràmic avançat amb la barreja més adaptable de propietats mecàniques, tèrmiques i elèctriques. A més, en comparació amb la majoria de les altres ceràmiques, és una ceràmica d'alt rendiment amb un baix coeficient d'expansió tèrmica que ofereix una excel·lent resistència al xoc tèrmic.
Característiques
A causa del seu baix coeficient d'expansió tèrmica, el material té una resistència al xoc tèrmica molt alta i una bona tenacitat a la fractura. Les peces de treball Si3N4 són resistents als impactes i cops. Aquestes peces poden tolerar temperatures de funcionament de fins a 1400 °C i són resistents a productes químics, efectes corrosius i metalls fosos específics com l'alumini, així com àcids i solucions alcalines. Una altra característica és la seva baixa densitat. Té una baixa densitat de 3,2 a 3,3 g/cm3, que és gairebé tan lleugera com l'alumini (2,7 g/cm3) i té una resistència a la flexió màxima de ≥900 MPa.
A més, Si3N4 es caracteritza per una alta resistència al desgast i supera les propietats d'alta temperatura de la majoria dels metalls, com ara la resistència a alta temperatura i la resistència a la fluència. Ofereix una combinació superior de resistència a la fluència i a l'oxidació i supera les capacitats d'alta temperatura de la majoria dels metalls. Gràcies a la seva baixa conductivitat tèrmica i una forta resistència al desgast, pot suportar les circumstàncies més dures en les aplicacions industrials més exigents. A més, el nitrur de silici és una opció fantàstica quan es requereixen capacitats d'alta temperatura i càrrega elevada.
Propietats
● Alta tenacitat a la fractura
● Bona resistència a la flexió
● Densitat extremadament baixa
● Increïble resistència al xoc tèrmic
● Alta temperatura de treball en atmosferes oxidants
Mètode de producció
Els cinc processos diferents utilitzats per fer nitrur de silici donen lloc a materials de treball i aplicacions lleugerament diferents.
SRBSN (nitrur de silici enllaçat per reacció)
GPSN (nitrur de silici sinteritzat a pressió de gas)
HPSN (nitrur de silici premsat en calent)
HIP-SN (nitrur de silici premsat isostàticament en calent)
RBSN (nitrur de silici enllaçat per reacció)
Entre aquests cinc, el GPSN és el mètode de producció més utilitzat.
Exemples d'aplicació
Boles i elements rodants per a la llum
A causa de la seva gran tenacitat a la fractura i les seves bones propietats tribològiques, les ceràmiques de nitrur de silici són ideals per utilitzar-les com a boles i elements rodants per a coixinets lleugers i extremadament precisos, eines de conformació de ceràmica resistents i components d'automòbils amb molta tensió. A més, les tècniques de soldadura utilitzen la forta resistència al xoc tèrmic dels materials i la resistència a altes temperatures.
Aplicacions d'alta temperatura
A més, fa temps que s'utilitza en aplicacions d'alta temperatura. El fet que sigui un dels pocs materials ceràmics monolítics que poden suportar el xoc tèrmic extrem i els gradients de temperatura produïts pels motors de coets d'hidrogen/oxigen.
Indústria de l'automòbil
Actualment, el material de nitrur de silici s'utilitza principalment a la indústria de l'automoció en aplicacions per a peces de motor i unitats d'accessoris del motor, com ara turbocompressors per a una menor inèrcia i un retard i emissions reduïdes del motor, bugies incandescents per a un arrencada més ràpid, vàlvules de control de gasos d'escapament per augmentar l'acceleració i coixinets de balancins per a motors de gas per reduir el desgast.
Indústria Electrònica
A causa de les seves diferents propietats elèctriques, en aplicacions de microelectrònica, el nitrur de silici s'utilitza cada cop més com a aïllant i barrera química en la producció de circuits integrats per a l'embalatge segur de dispositius. El nitrur de silici s'utilitza com a capa de passivació amb una alta barrera de difusió contra els ions de sodi i l'aigua, que són dues causes clau de corrosió i inestabilitat en microelectrònica. En els condensadors per a dispositius analògics, la substància també s'utilitza com a aïllant elèctric entre capes de polisilici.
Conclusió
Les ceràmiques de nitrur de silici són materials d'utilitat. Cada tipus d'aquesta ceràmica té característiques úniques que la fan útil en diversos sectors. Comprendre les moltes varietats de ceràmica de nitrur de silici facilita la selecció de la millor per a una aplicació determinada.
