A szilíciumból és nitrogénből álló, nem fémes vegyület, a szilícium-nitrid (Si3N4) szintén egy fejlett kerámiaanyag, amely a mechanikai, termikus és elektromos tulajdonságok leginkább alkalmazkodó keverékével rendelkezik. Ezenkívül a legtöbb más kerámiához képest ez egy nagy teljesítményű kerámia alacsony hőtágulási együtthatóval, amely kiváló hősokkállóságot biztosít.
Jellemzők
Alacsony hőtágulási együtthatója miatt az anyag nagyon magas hősokkállósággal és jó törésállósággal rendelkezik. A Si3N4 munkadarabok ellenállnak az ütéseknek és ütéseknek. Ezek a munkadarabok akár 1400 °C-os üzemi hőmérsékletet is elviselnek, és ellenállnak a vegyszereknek, a korrozív hatásoknak és a speciális olvadt fémeknek, például az alumíniumnak, valamint a savaknak és lúgos oldatoknak. Egy másik jellemzője az alacsony sűrűség. Sűrűsége alacsony, 3,2–3,3 g/cm3, ami majdnem olyan könnyű, mint az alumínium (2,7 g/cm3), maximális hajlítószilárdsága pedig ≥900 MPa.
Ezenkívül a Si3N4-et nagy kopásállóság jellemzi, és meghaladja a legtöbb fém magas hőmérsékleti tulajdonságait, például a magas hőmérsékleti szilárdságot és a kúszásállóságot. A kúszás- és oxidációállóság kiváló keverékét kínálja, és felülmúlja a legtöbb fém magas hőmérsékletű képességeit. Alacsony hővezető képességének és erős kopásállóságának köszönhetően a legkeményebb körülmények között is ellenáll a legigényesebb ipari alkalmazásoknak. Ezenkívül a szilícium-nitrid nagyszerű lehetőség, ha magas hőmérsékleten és nagy terhelésű képességekre van szükség.
Tulajdonságok
● Nagy törési szilárdság
● Jó hajlítószilárdság
● Rendkívül alacsony sűrűségű
● Hihetetlenül erős hősokkállóság
● Magas üzemi hőmérséklet oxidáló légkörben
Előállítási módszer
A szilícium-nitrid előállításához használt öt különböző eljárás – kissé eltérő munkaanyagokhoz és alkalmazásokhoz vezet.
SRBSN (reakciókötésű szilícium-nitrid)
GPSN (gáznyomású szinterezett szilícium-nitrid)
HPSN (melegen sajtolt szilícium-nitrid)
HIP-SN (melegen izosztatikusan préselt szilícium-nitrid)
RBSN (reakciókötésű szilícium-nitrid)
Ezen öt közül a GPSN a leggyakrabban használt gyártási módszer.
Alkalmazási példák
Labdák és gördülő elemek a fényhez
Nagy törésállóságuk és jó tribológiai tulajdonságaik miatt a szilícium-nitrid kerámiák ideálisak könnyű, rendkívül precíz csapágyak, nagy teherbírású kerámiaformázó szerszámok és nagy igénybevételnek kitett autóalkatrészek golyóinak és gördülőelemeinek felhasználására. Ezenkívül a hegesztési technikák kihasználják az anyagok erős hősokkállóságát és magas hőmérsékleti ellenállását.
Magas hőmérsékletű alkalmazások
Emellett régóta alkalmazzák magas hőmérsékletű alkalmazásokban. Az a tény, hogy egyike azon kevés monolit kerámia anyagoknak, amelyek ellenállnak a hidrogén/oxigén rakétamotorok által keltett szélsőséges hősokknak és hőmérsékleti gradienseknek.
Autóipar
Jelenleg a szilícium-nitrid anyagot elsősorban az autóiparban használják motoralkatrészek és motor-kiegészítő egységek, például turbófeltöltők az alacsonyabb tehetetlenségi nyomaték és a motor késleltetésének és károsanyag-kibocsátásának csökkentése érdekében, izzítógyertyák a gyorsabb indítás érdekében, kipufogógáz-szabályozó szelepek a nagyobb gyorsulás érdekében, és lengőkarok a gázmotorokhoz a kopás csökkentésére.
Elektronikai ipar
Különleges elektromos tulajdonságai miatt a mikroelektronikai alkalmazásokban a szilícium-nitridet egyre gyakrabban használják szigetelőként és kémiai gátként az eszközök biztonságos csomagolására szolgáló integrált áramkörök gyártása során. A szilícium-nitridet passzivációs rétegként használják, nagy diffúziós gáttal a nátriumionokkal és vízzel szemben, amelyek a mikroelektronika korróziójának és instabilitásának két fő oka. Az analóg eszközök kondenzátoraiban az anyagot elektromos szigetelőként is használják a poliszilícium rétegek között.
Következtetés
A szilícium-nitrid kerámiák használati anyagok. Ennek a kerámiának minden típusa egyedi tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek számos ágazatban hasznossá teszik. A szilícium-nitrid kerámiák sokféle változatának megismerése megkönnyíti az adott alkalmazáshoz a legmegfelelőbb kiválasztását.
