Un compuesto no metálico compuesto de silicio y nitrógeno, el nitruro de silicio (Si3N4) también es un material cerámico avanzado con la combinación más adaptable de propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas. Además, en comparación con la mayoría de las otras cerámicas, es una cerámica de alto rendimiento con un bajo coeficiente de expansión térmica que ofrece una excelente resistencia al choque térmico.
Características
Debido a su bajo coeficiente de expansión térmica, el material tiene una resistencia al choque térmico muy alta y una buena tenacidad a la fractura. Las piezas de trabajo de Si3N4 son resistentes a impactos y golpes. Estas piezas de trabajo pueden tolerar temperaturas de funcionamiento de hasta 1400 °C y son resistentes a productos químicos, efectos corrosivos y metales fundidos específicos como el aluminio, así como a soluciones ácidas y alcalinas. Otra característica es su baja densidad. Tiene una densidad baja de 3,2 a 3,3 g/cm3, que es casi tan liviano como el aluminio (2,7 g/cm3) y tiene una resistencia máxima a la flexión de ≥900 MPa.
Además, el Si3N4 se caracteriza por una alta resistencia al desgaste y supera las propiedades a altas temperaturas de la mayoría de los metales, como la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la fluencia. Ofrece una combinación superior de resistencia a la fluencia y la oxidación y supera las capacidades de alta temperatura de la mayoría de los metales. Gracias a su baja conductividad térmica y fuerte resistencia al desgaste, puede soportar las circunstancias más duras en las aplicaciones industriales más exigentes. Además, el nitruro de silicio es una excelente opción cuando se requieren capacidades de alta temperatura y alta carga.
Propiedades
● Alta tenacidad a la fractura
● Buena resistencia a la flexión
● Densidad extremadamente baja
● Increíble fuerte resistencia al choque térmico
● Alta temperatura de trabajo en atmósferas oxidantes
Método de producción
Los cinco procesos utilizados para fabricar nitruro de silicio conducen a materiales de trabajo y aplicaciones ligeramente diferentes.
SRBSN (nitruro de silicio unido por reacción)
GPSN (nitruro de silicio sinterizado a presión de gas)
HPSN (nitruro de silicio prensado en caliente)
HIP-SN (nitruro de silicio prensado isostáticamente en caliente)
RBSN (nitruro de silicio unido por reacción)
Entre estos cinco, GPSN es el método de producción más utilizado.
Ejemplos de aplicación
Bolas y Elementos Rodantes para Luz
Debido a su gran tenacidad a la fractura y sus buenas propiedades tribológicas, las cerámicas de nitruro de silicio son ideales para su uso como bolas y elementos rodantes para rodamientos ligeros y extremadamente precisos, herramientas de formación de cerámica de servicio pesado y componentes automotrices sometidos a grandes esfuerzos. Además, las técnicas de soldadura hacen uso de la fuerte resistencia al choque térmico y la resistencia a altas temperaturas de los materiales.
Aplicaciones de alta temperatura
Además, se ha empleado durante mucho tiempo en aplicaciones de alta temperatura. El hecho de que es uno de los pocos materiales cerámicos monolíticos que pueden soportar el choque térmico extremo y los gradientes de temperatura producidos por los motores de cohetes de hidrógeno/oxígeno.
Industria automotriz
Actualmente, el material de nitruro de silicio se utiliza principalmente en la industria automotriz en aplicaciones para piezas de motores y unidades de accesorios de motores, como turbocompresores para una inercia más baja y un retraso y emisiones del motor reducidos, bujías incandescentes para un arranque más rápido, válvulas de control de gases de escape para una mayor aceleración, y balancines para motores de gas para reducir el desgaste.
Industria electrónica
Debido a sus distintas propiedades eléctricas, en aplicaciones de microelectrónica, el nitruro de silicio se utiliza cada vez más como aislante y barrera química en la producción de circuitos integrados para el embalaje seguro de dispositivos. El nitruro de silicio se utiliza como una capa de pasivación con una barrera de alta difusión contra los iones de sodio y el agua, que son dos causas clave de la corrosión y la inestabilidad en la microelectrónica. En condensadores para dispositivos analógicos, la sustancia también se utiliza como aislante eléctrico entre capas de polisilicio.
Conclusión
Las cerámicas de nitruro de silicio son materiales de utilidad. Cada tipo de esta cerámica tiene características únicas que la hacen útil en una variedad de sectores. Comprender las muchas variedades de cerámicas de nitruro de silicio facilita la selección de la mejor para una aplicación determinada.
