Un composé non métallique composé de silicium et d'azote, le nitrure de silicium (Si3N4) est également un matériau céramique avancé avec le mélange le plus adaptable de propriétés mécaniques, thermiques et électriques. De plus, par rapport à la plupart des autres céramiques, il s'agit d'une céramique haute performance avec un faible coefficient de dilatation thermique qui offre une excellente résistance aux chocs thermiques.
Caractéristiques
En raison de son faible coefficient de dilatation thermique, le matériau présente une très haute résistance aux chocs thermiques et une bonne ténacité à la rupture. Les pièces Si3N4 résistent aux impacts et aux chocs. Ces pièces peuvent tolérer des températures de fonctionnement allant jusqu'à 1 400 °C et sont résistantes aux produits chimiques, aux effets corrosifs et aux métaux en fusion spécifiques comme l'aluminium, ainsi qu'aux acides et aux solutions alcalines. Une autre caractéristique est sa faible densité. Il a une faible densité de 3,2 à 3,3 g/cm3, ce qui est presque aussi léger que l'aluminium (2,7 g/cm3), et il a une résistance à la flexion maximale de ≥900 MPa.
De plus, le Si3N4 se caractérise par une résistance élevée à l'usure et dépasse les propriétés à haute température de la plupart des métaux, telles que la résistance à haute température et la résistance au fluage. Il offre un mélange supérieur de résistance au fluage et à l'oxydation et surpasse les capacités à haute température de la majorité des métaux. Grâce à sa faible conductivité thermique et sa forte résistance à l'usure, il peut résister aux conditions les plus difficiles dans les applications industrielles les plus exigeantes. De plus, le nitrure de silicium est une excellente option lorsque des capacités à haute température et à haute charge sont requises.
Propriétés
● Haute ténacité à la rupture
● Bonne résistance à la flexion
● Densité extrêmement faible
● Incroyable résistance aux chocs thermiques
● Température de fonctionnement élevée en atmosphères oxydantes
Méthode de production
Les cinq différents processus utilisés pour fabriquer du nitrure de silicium conduisent à des matériaux de travail et des applications légèrement différents.
SRBSN (nitrure de silicium lié par réaction)
GPSN (nitrure de silicium fritté sous pression de gaz)
HPSN (nitrure de silicium pressé à chaud)
HIP-SN (nitrure de silicium pressé isostatiquement à chaud)
RBSN (nitrure de silicium lié par réaction)
Parmi ces cinq, GPSN est la méthode de production la plus utilisée.
Exemples d'applications
Boules et éléments roulants pour la lumière
En raison de leur grande ténacité à la rupture et de leurs bonnes propriétés tribologiques, les céramiques en nitrure de silicium sont parfaitement adaptées à une utilisation en tant que billes et éléments roulants pour des roulements légers et extrêmement précis, des outils de formage en céramique à usage intensif et des composants automobiles fortement sollicités. De plus, les techniques de soudage utilisent la forte résistance aux chocs thermiques et aux hautes températures des matériaux.
Applications à haute température
En outre, il a longtemps été utilisé dans des applications à haute température. Le fait qu'il soit l'un des rares matériaux céramiques monolithiques capables de résister aux chocs thermiques extrêmes et aux gradients de température produits par les moteurs-fusées à hydrogène/oxygène.
Industrie automobile
Actuellement, le matériau en nitrure de silicium est principalement utilisé dans l'industrie automobile dans des applications pour les pièces de moteur et les accessoires de moteur, tels que les turbocompresseurs pour une inertie plus faible et une réduction du retard et des émissions du moteur, des bougies de préchauffage pour un démarrage plus rapide, des soupapes de contrôle des gaz d'échappement pour une accélération accrue et des coussinets de culbuteur pour les moteurs à essence pour réduire l'usure.
Industrie électronique
En raison de ses propriétés électriques distinctes, dans les applications microélectroniques, le nitrure de silicium est de plus en plus utilisé comme isolant et barrière chimique dans la production de circuits intégrés pour le conditionnement sûr des dispositifs. Le nitrure de silicium est utilisé comme couche de passivation avec une barrière de diffusion élevée contre les ions sodium et l'eau, qui sont deux principales causes de corrosion et d'instabilité en microélectronique. Dans les condensateurs pour appareils analogiques, la substance est également utilisée comme isolant électrique entre les couches de polysilicium.
Conclusion
Les céramiques au nitrure de silicium sont des matériaux utilitaires. Chaque type de cette céramique possède des caractéristiques uniques qui la rendent utile dans une variété de secteurs. Comprendre les nombreuses variétés de céramiques en nitrure de silicium facilite la sélection de la meilleure pour une application donnée.
