Nemetalni spoj sastavljen od silicija i dušika, silicijev nitrid (Si3N4) također je napredan keramički materijal s najprilagodljivijom kombinacijom mehaničkih, toplinskih i električnih svojstava. Osim toga, u usporedbi s većinom drugih keramika, to je keramika visokih performansi s niskim koeficijentom toplinskog širenja koja nudi izvrsnu otpornost na toplinski udar.
Značajke
Zbog niskog koeficijenta toplinskog širenja, materijal ima vrlo visoku otpornost na toplinski udar i dobru otpornost na lom. Si3N4 obradaci otporni su na udarce i udarce. Ovi radni dijelovi mogu podnijeti radne temperature do 1400 °C i otporni su na kemikalije, korozivne učinke i specifične rastaljene metale poput aluminija, kao i na kiseline i alkalne otopine. Još jedna značajka je njegova niska gustoća. Ima nisku gustoću od 3,2 do 3,3 g/cm3, što je gotovo jednako lagano kao aluminij (2,7 g/cm3), i ima maksimalnu čvrstoću na savijanje od ≥900 MPa.
Osim toga, Si3N4 karakterizira visoka otpornost na habanje i premašuje visokotemperaturna svojstva većine metala, poput čvrstoće na visokim temperaturama i otpornosti na puzanje. Nudi vrhunsku mješavinu otpornosti na puzanje i oksidaciju i nadmašuje visokotemperaturne sposobnosti većine metala. Zahvaljujući niskoj toplinskoj vodljivosti i snažnoj otpornosti na habanje, može izdržati najteže uvjete u najzahtjevnijim industrijskim primjenama. Štoviše, silicijev nitrid izvrsna je opcija kada su potrebne mogućnosti visokih temperatura i opterećenja.
Svojstva
● Visoka otpornost na lom
● Dobra čvrstoća na savijanje
● Ekstremno niska gustoća
● Nevjerojatna jaka otpornost na toplinski udar
● Visoka radna temperatura u oksidirajućim atmosferama
Metoda proizvodnje
Pet različitih procesa korištenih za izradu silicijevog nitrida—dovode do malo drugačijih radnih materijala i primjena.
SRBSN (reaction-bonded silicon nitride)
GPSN (sinterirani silicijev nitrid pod pritiskom plina)
HPSN (vruće prešani silicijev nitrid)
HIP-SN (vruće izostatički prešani silicijev nitrid)
RBSN (reaction-bonded silicon nitride)
Među ovih pet, GPSN je najčešće korištena metoda proizvodnje.
Primjeri primjene
Kuglice i kotrljajući elementi za svjetlo
Zbog svoje velike otpornosti na lom i dobrih triboloških svojstava, keramika od silicijevog nitrida idealna je za upotrebu kao kuglice i kotrljajući elementi za lagane, iznimno precizne ležajeve, alate za oblikovanje keramike za teške uvjete rada i visoko opterećene automobilske komponente. Osim toga, tehnike zavarivanja koriste snažnu otpornost materijala na toplinski udar i otpornost na visoke temperature.
Primjene na visokim temperaturama
Osim toga, dugo se koristi u primjenama na visokim temperaturama. Činjenica da je to jedan od rijetkih monolitnih keramičkih materijala koji može izdržati ekstremne toplinske udare i temperaturne gradijente koje proizvode raketni motori na vodik/kisik.
Automobilska industrija
Trenutno se materijal silicijevog nitrida prvenstveno koristi u automobilskoj industriji u primjenama za dijelove motora i dodatne jedinice motora, kao što su turbo punjači za manju inerciju i smanjeno kašnjenje motora i emisije, žarnice za brže pokretanje, kontrolni ventili ispušnih plinova za povećano ubrzanje i jastučići klackalice za plinske motore za smanjenje trošenja.
Elektronička industrija
Zbog svojih posebnih električnih svojstava, u primjenama mikroelektronike, silicijev nitrid se sve više koristi kao izolator i kemijska barijera u proizvodnji integriranih sklopova za sigurno pakiranje uređaja. Silicijev nitrid koristi se kao pasivacijski sloj s visokom difuzijskom barijerom protiv natrijevih iona i vode, koji su dva ključna uzroka korozije i nestabilnosti u mikroelektronici. U kondenzatorima za analogne uređaje tvar se također koristi kao električni izolator između slojeva polisilicija.
Zaključak
Keramika od silicijevog nitrida uporabni je materijal. Svaka vrsta ove keramike ima jedinstvene značajke koje je čine korisnom u raznim sektorima. Razumijevanje mnogih varijanti keramike od silicijevog nitrida olakšava odabir one najbolje za određenu primjenu.
