En ikke-metallisk forbindelse bestående af silicium og nitrogen, siliciumnitrid (Si3N4) er også et avanceret keramisk materiale med den mest tilpasningsdygtige blanding af mekaniske, termiske og elektriske egenskaber. Derudover, sammenlignet med de fleste andre keramik, er det en højtydende keramik med en lav termisk udvidelseskoefficient, der giver fremragende modstand mod termisk stød.
Funktioner
På grund af sin lave termiske udvidelseskoefficient har materialet en meget høj termisk stødmodstand og god brudsejhed. Si3N4-emner er modstandsdygtige over for stød og stød. Disse emner kan tåle driftstemperaturer på op til 1400 °C og er modstandsdygtige over for kemikalier, ætsende effekter og specifikke smeltede metaller som aluminium samt syrer og alkaliske opløsninger. En anden funktion er dens lave tæthed. Den har en lav densitet på 3,2 til 3,3 g/cm3, hvilket er næsten lige så let som aluminium (2,7 g/cm3), og den har en maksimal bøjningsstyrke på ≥900 MPa.
Derudover er Si3N4 kendetegnet ved høj slidstyrke og overgår højtemperaturegenskaberne for de fleste metaller, såsom højtemperaturstyrke og krybemodstand. Den tilbyder en overlegen blanding af krybe- og oxidationsmodstand og overgår de høje temperaturegenskaber hos de fleste metaller. Takket være dens lave varmeledningsevne og stærke slidstyrke kan den modstå de hårdeste forhold i de mest krævende industrielle applikationer. Desuden er siliciumnitrid en god mulighed, når høje temperaturer og høje belastningsevner er påkrævet.
Ejendomme
● Høj brudsejhed
● God bøjestyrke
● Ekstremt lav densitet
● Utrolig stærk modstand mod termisk stød
● Høj arbejdstemperatur i oxiderende atmosfærer
Produktionsmetode
De fem forskellige processer, der bruges til at fremstille siliciumnitrid - fører til lidt forskellige arbejdsmaterialer og anvendelser.
SRBSN (reaktionsbundet siliciumnitrid)
GPSN (gastryksintret siliciumnitrid)
HPSN (varmpresset siliciumnitrid)
HIP-SN (varm isostatisk presset siliciumnitrid)
RBSN (reaktionsbundet siliciumnitrid)
Blandt disse fem er GPSN den mest anvendte produktionsmetode.
Anvendelseseksempler
Kugler og rullende elementer til lys
På grund af deres store brudsejhed og gode tribologiske egenskaber er siliciumnitridkeramik ideelt egnet til brug som kugler og rulleelementer til lette, ekstremt præcise lejer, kraftige keramiske formværktøjer og stærkt belastede bilkomponenter. Derudover gør svejseteknikker brug af materialernes stærke termiske stødmodstand og høje temperaturbestandighed.
Højtemperaturapplikationer
Desuden har det længe været anvendt i højtemperaturapplikationer. Det faktum, at det er et af de få monolitiske keramiske materialer, der kan modstå de ekstreme termiske stød og temperaturgradienter produceret af brint/ilt raketmotorer.
Bil industrien
I øjeblikket bruges siliciumnitridmaterialet primært i bilindustrien i applikationer til motordele og motortilbehør, såsom turboladere til lavere inerti og reduceret motorforsinkelse og emissioner, gløderør til hurtigere opstart, udstødningsgasreguleringsventiler til øget acceleration, og vippearmspuder til gasmotorer for at mindske sliddet.
Elektronikindustrien
På grund af dets særskilte elektriske egenskaber, i mikroelektronik applikationer, bliver siliciumnitrid i stigende grad brugt som en isolator og kemisk barriere i produktionen af integrerede kredsløb til sikker emballering af enheder. Siliciumnitrid bruges som et passiveringslag med en høj diffusionsbarriere mod natriumioner og vand, som er to nøgleårsager til korrosion og ustabilitet i mikroelektronik. I kondensatorer til analoge enheder bruges stoffet også som en elektrisk isolator mellem polysiliciumlag.
Konklusion
Siliciumnitridkeramik er brugsmaterialer. Hver type af denne keramik har unikke funktioner, der gør den nyttig i en række forskellige sektorer. At forstå de mange varianter af siliciumnitridkeramik gør det nemt at vælge den bedste til en given anvendelse.
