یک ترکیب غیرفلزی متشکل از سیلیکون و نیتروژن، نیترید سیلیکون (Si3N4) نیز یک ماده سرامیکی پیشرفته با سازگارترین ترکیبی از خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی است. علاوه بر این، در مقایسه با اکثر سرامیک‌های دیگر، سرامیکی با عملکرد بالا با ضریب انبساط حرارتی پایین است که مقاومت در برابر شوک حرارتی عالی را ارائه می‌کند.

امکانات

به دلیل ضریب انبساط حرارتی پایین، این ماده دارای مقاومت در برابر شوک حرارتی بسیار بالا و چقرمگی شکست خوب است. قطعات کار Si3N4 در برابر ضربه و ضربه مقاوم هستند. این قطعات کار می‌توانند دمای عملیاتی تا 1400 درجه سانتی‌گراد را تحمل کنند و در برابر مواد شیمیایی، اثرات خورنده، و فلزات مذاب خاص مانند آلومینیوم، و همچنین اسیدها و محلول‌های قلیایی مقاوم هستند. یکی دیگر از ویژگی های آن چگالی کم آن است. چگالی آن 3.2 تا 3.3 گرم بر سانتی‌متر مکعب است، که تقریباً به سبک آلومینیوم است (2.7 گرم بر سانتی‌متر مکعب)، و حداکثر مقاومت خمشی آن ≥900 مگاپاسکال است.

علاوه بر این، Si3N4 با مقاومت بالا در برابر سایش مشخص می‌شود و از ویژگی‌های دمای بالا بیشتر فلزات، مانند استحکام در دمای بالا و مقاومت در برابر خزش فراتر می‌رود. این ترکیبی عالی از مقاومت در برابر خزش و اکسیداسیون را ارائه می دهد و از قابلیت های اکثر فلزات در دمای بالا بهتر عمل می کند. به لطف هدایت حرارتی کم و مقاومت در برابر سایش قوی، می تواند در سخت ترین شرایط در سخت ترین کاربردهای صنعتی مقاومت کند. علاوه بر این، نیترید سیلیکون یک گزینه عالی برای زمانی است که به قابلیت‌های دمای بالا و بار بالا نیاز است.

خواص

● چقرمگی شکست بالا

● استحکام خمشی خوب

● چگالی بسیار کم

● مقاومت در برابر شوک حرارتی باورنکردنی

● دمای کاری بالا در اتمسفرهای اکسید کننده

روش تولید

پنج فرآیند مختلف مورد استفاده برای ساخت نیترید سیلیکون - منجر به مواد کاری و کاربردهای کمی متفاوت می شود.

• SRBSN (نیترید سیلیکون پیونددار واکنش)

• GPSN (نیترید سیلیکون متخلخل با فشار گاز)

• HPSN (نیترید سیلیکون با فشار گرم)

• HIP-SN (نیترید سیلیکون فشرده ایزواستاتیک داغ)

• RBSN (نیترید سیلیکون پیونددار واکنش)

در بین این پنج مورد، GPSN پرکاربردترین روش تولید است.

نمونه های کاربردی

توپ و عناصر نورد برای نور

سرامیک‌های نیترید سیلیکون به دلیل چقرمگی شکست بسیار زیاد و خواص تریبولوژیکی خوب، برای استفاده به عنوان توپ و عناصر نورد برای یاتاقان‌های سبک، بسیار دقیق، ابزارهای شکل‌دهی سرامیکی سنگین و اجزای خودرویی با استرس بسیار مناسب هستند. علاوه بر این، تکنیک‌های جوشکاری از مقاومت شوک حرارتی قوی و مقاومت در برابر دمای بالا استفاده می‌کنند.

برنامه های کاربردی در دمای بالا

علاوه بر این، مدت طولانی است که در برنامه های کاربردی در دمای بالا استفاده می شود. این واقعیت که یکی از معدود مواد سرامیکی یکپارچه است که می تواند در برابر شوک حرارتی شدید و شیب دمایی تولید شده توسط موتورهای موشک هیدروژن/اکسیژن مقاومت کند.

صنعت خودرو

در حال حاضر، ماده نیترید سیلیکون عمدتاً در صنعت خودروسازی در کاربردهای قطعات موتور و واحدهای جانبی موتور مانند توربوشارژرها برای اینرسی کمتر و کاهش تاخیر و انتشار موتور، شمع‌های تابش برای راه‌اندازی سریع‌تر، سوپاپ‌های کنترل گاز خروجی برای افزایش شتاب استفاده می‌شود. و پدهای بازویی برای موتورهای گازی برای کاهش سایش.

صنعت الکترونیک

نیترید سیلیکون به دلیل خواص الکتریکی متمایز خود، در کاربردهای میکروالکترونیک به طور فزاینده ای به عنوان یک عایق و مانع شیمیایی در تولید مدارهای مجتمع برای بسته بندی ایمن دستگاه ها استفاده می شود. نیترید سیلیکون به عنوان یک لایه غیرفعال با یک سد نفوذ بالا در برابر یون های سدیم و آب، که دو عامل اصلی خوردگی و ناپایداری در میکروالکترونیک هستند، استفاده می شود. در خازن‌های دستگاه‌های آنالوگ، این ماده به عنوان عایق الکتریکی بین لایه‌های پلی سیلیکون نیز استفاده می‌شود.

نتیجه

سرامیک های نیترید سیلیکون مواد کاربردی هستند. هر نوع از این سرامیک دارای ویژگی‌های منحصربه‌فردی است که آن را در بخش‌های مختلف مفید می‌کند. درک انواع مختلف سرامیک های نیترید سیلیکون، انتخاب بهترین آنها را برای یک کاربرد خاص آسان می کند.