Piin ja typen ei-metallinen yhdiste, piinitridi (Si3N4) on myös edistynyt keraaminen materiaali, jossa on mukautuvin sekoitus mekaanisia, lämpö- ja sähköominaisuuksia. Lisäksi useimpiin muihin keramiikkaan verrattuna se on korkean suorituskyvyn keramiikka, jolla on alhainen lämpölaajenemiskerroin ja joka tarjoaa erinomaisen lämpöiskun kestävyyden.
ominaisuudet
Matala lämpölaajenemiskertoimensa ansiosta materiaalilla on erittäin korkea lämpöiskunkestävyys ja hyvä murtolujuus. Si3N4-työkappaleet kestävät iskuja ja iskuja. Nämä työkappaleet kestävät jopa 1400 °C:n käyttölämpötiloja ja kestävät kemikaaleja, syövyttäviä vaikutuksia ja tiettyjä sulaneita metalleja, kuten alumiinia, sekä happoja ja emäksisiä liuoksia. Toinen ominaisuus on sen alhainen tiheys. Sen alhainen tiheys on 3,2–3,3 g/cm3, mikä on lähes yhtä kevyttä kuin alumiini (2,7 g/cm3), ja sen suurin taivutuslujuus on ≥900 MPa.
Lisäksi Si3N4:lle on ominaista korkea kulutuskestävyys, ja se ylittää useimpien metallien korkeiden lämpötilojen ominaisuudet, kuten lujuus korkeissa lämpötiloissa ja virumiskestävyys. Se tarjoaa erinomaisen sekoituksen virumis- ja hapettumiskestävyyttä ja ylittää useimpien metallien korkean lämpötilan ominaisuudet. Alhaisen lämmönjohtavuutensa ja vahvan kulutuskestävyytensä ansiosta se kestää vaikeimmatkin olosuhteet vaativimmissa teollisissa sovelluksissa. Lisäksi piinitridi on loistava vaihtoehto, kun vaaditaan korkean lämpötilan ja suuren kuormituksen ominaisuuksia.
Ominaisuudet
● Korkea murtolujuus
● Hyvä taivutuslujuus
● Erittäin pieni tiheys
● Uskomattoman vahva lämpöiskun kestävyys
● Korkea työskentelylämpötila hapettavassa ympäristössä
Tuotantomenetelmä
Piinitridin valmistukseen käytetyt viisi erilaista prosessia johtavat hieman erilaisiin työmateriaaleihin ja sovelluksiin.
SRBSN (reaktiosidottu piinitridi)
GPSN (kaasupainesintrattu piinitridi)
HPSN (kuumapuristettu piinitridi)
HIP-SN (kuumaisostaattisesti puristettu piinitridi)
RBSN (reaktiosidottu piinitridi)
Näistä viidestä GPSN on eniten käytetty tuotantotapa.
Sovellusesimerkkejä
Palloja ja vieriviä elementtejä valolle
Suuren murtolujuutensa ja hyvien tribologisten ominaisuuksiensa ansiosta piinitridikeramiikka soveltuu ihanteellisesti käytettäviksi palloina ja vierintäelementeinä kevyille, erittäin tarkille laakereille, raskaille keraamisille muotoilutyökaluille ja erittäin rasittuville autokomponenteille. Lisäksi hitsaustekniikoissa hyödynnetään materiaalien vahvaa lämpöiskun kestävyyttä ja korkeiden lämpötilojen kestävyyttä.
Korkean lämpötilan sovellukset
Lisäksi sitä on pitkään käytetty korkeissa lämpötiloissa. Se, että se on yksi harvoista monoliittisista keraamisista materiaaleista, jotka kestävät vety/happirakettimoottorien tuottamia äärimmäisiä lämpöshokkia ja lämpötilagradientteja.
Autoteollisuus
Tällä hetkellä piinitridimateriaalia käytetään ensisijaisesti autoteollisuudessa moottorin osien ja moottorin lisävarusteiden sovelluksissa, kuten turboahtimet pienemmän inertian ja moottorin viiveen ja päästöjen pienentämiseksi, hehkutulpat nopeuttamaan käynnistystä, pakokaasun ohjausventtiilit lisäämään kiihtyvyyttä, ja kaasumoottoreiden keinuvarsien pehmusteet kulumisen vähentämiseksi.
Elektroniikkateollisuus
Selkeiden sähköisten ominaisuuksiensa vuoksi piinitridia käytetään mikroelektroniikan sovelluksissa yhä enemmän eristeenä ja kemiallisena esteenä laitteiden turvalliseen pakkaamiseen tarkoitettujen integroitujen piirien valmistuksessa. Piinitridiä käytetään passivointikerroksena, jolla on korkea diffuusiosulku natriumioneja ja vettä vastaan, jotka ovat kaksi tärkeintä korroosion ja epävakauden aiheuttajaa mikroelektroniikassa. Analogisten laitteiden kondensaattoreissa ainetta käytetään myös sähköeristeenä monipiikerrosten välillä.
Johtopäätös
Piinitridikeramiikka ovat hyödyllisiä materiaaleja. Jokaisella tämän keramiikkatyypillä on ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä hyödyllisen useilla aloilla. Piinitridikeramiikan monien lajikkeiden ymmärtäminen tekee siitä helpon valita parhaan tietyn käyttötarkoituksen.
