Siliziumnitrid (Si3N4), eine nichtmetallische Verbindung aus Silizium und Stickstoff, ist außerdem ein fortschrittliches Keramikmaterial mit der anpassungsfähigsten Mischung aus mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften. Darüber hinaus handelt es sich im Vergleich zu den meisten anderen Keramiken um eine Hochleistungskeramik mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, die eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit bietet.
Merkmale
Aufgrund seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten weist das Material eine sehr hohe Temperaturwechselbeständigkeit und eine gute Bruchzähigkeit auf. Si3N4-Werkstücke sind beständig gegen Stöße und Stöße. Diese Werkstücke vertragen Betriebstemperaturen von bis zu 1400 °C und sind beständig gegen Chemikalien, korrosive Einflüsse und bestimmte geschmolzene Metalle wie Aluminium sowie Säuren und Laugen. Ein weiteres Merkmal ist seine geringe Dichte. Es hat eine geringe Dichte von 3,2 bis 3,3 g/cm3, was fast so leicht ist wie Aluminium (2,7 g/cm3) und eine maximale Biegefestigkeit von ≥900 MPa.
Darüber hinaus zeichnet sich Si3N4 durch eine hohe Verschleißfestigkeit aus und übertrifft die Hochtemperatureigenschaften der meisten Metalle, beispielsweise Hochtemperaturfestigkeit und Kriechfestigkeit. Es bietet eine hervorragende Kombination aus Kriech- und Oxidationsbeständigkeit und übertrifft die Hochtemperaturbeständigkeit der meisten Metalle. Dank seiner geringen Wärmeleitfähigkeit und starken Verschleißfestigkeit hält es den härtesten Bedingungen in den anspruchsvollsten Industrieanwendungen stand. Darüber hinaus ist Siliziumnitrid eine großartige Option, wenn Hochtemperatur- und Hochlastfähigkeiten erforderlich sind.
Eigenschaften
● Hohe Bruchzähigkeit
● Gute Biegefestigkeit
● Extrem niedrige Dichte
● Unglaublich starke Thermoschockbeständigkeit
● Hohe Arbeitstemperatur in oxidierenden Atmosphären
Produktionsmethode
Die fünf verschiedenen Verfahren zur Herstellung von Siliziumnitrid führen zu leicht unterschiedlichen Arbeitsmaterialien und Anwendungen.
SRBSN (reaktionsgebundenes Siliziumnitrid)
GPSN (gasdruckgesintertes Siliziumnitrid)
HPSN (heißgepresstes Siliziumnitrid)
HIP-SN (heißisostatisch gepresstes Siliziumnitrid)
RBSN (reaktionsgebundenes Siliziumnitrid)
Unter diesen fünf ist GPSN die am häufigsten verwendete Produktionsmethode.
Anwendungsbeispiele
Kugeln und Rollelemente für Licht
Aufgrund ihrer hohen Bruchzähigkeit und guten tribologischen Eigenschaften eignen sich Siliziumnitridkeramiken hervorragend für den Einsatz als Kugeln und Wälzkörper für leichte, hochpräzise Lager, hochbeanspruchte Keramikumformwerkzeuge und hochbeanspruchte Automobilkomponenten. Darüber hinaus nutzen Schweißtechniken die hohe Temperaturwechselbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit der Materialien.
Hochtemperaturanwendungen
Darüber hinaus wird es seit langem in Hochtemperaturanwendungen eingesetzt. Die Tatsache, dass es eines der wenigen monolithischen Keramikmaterialien ist, das den extremen Temperaturschocks und Temperaturgradienten standhalten kann, die von Wasserstoff-/Sauerstoff-Raketentriebwerken erzeugt werden.
Automobilindustrie
Derzeit wird das Siliziumnitridmaterial vor allem in der Automobilindustrie für Motorteile und Motorzubehöreinheiten verwendet, beispielsweise Turbolader für geringere Trägheit und geringere Motorverzögerung und Emissionen, Glühkerzen für schnelleres Starten, Abgasregelventile für erhöhte Beschleunigung und Kipphebelpolster für Gasmotoren für geringeren Verschleiß.
Elektronik-Industrie
Aufgrund seiner ausgeprägten elektrischen Eigenschaften wird Siliziumnitrid in mikroelektronischen Anwendungen zunehmend als Isolator und chemische Barriere bei der Herstellung integrierter Schaltkreise für die sichere Verpackung von Geräten verwendet. Siliziumnitrid wird als Passivierungsschicht mit einer hohen Diffusionsbarriere gegen Natriumionen und Wasser verwendet, die zwei Hauptursachen für Korrosion und Instabilität in der Mikroelektronik sind. In Kondensatoren für analoge Geräte wird die Substanz auch als elektrischer Isolator zwischen Polysiliziumschichten verwendet.
Abschluss
Siliziumnitridkeramiken sind Gebrauchsmaterialien. Jede Art dieser Keramik verfügt über einzigartige Eigenschaften, die sie in einer Vielzahl von Bereichen nützlich machen. Das Verständnis der vielen Arten von Siliziumnitrid-Keramik erleichtert die Auswahl der besten für eine bestimmte Anwendung.
