Սիլիցիումի և ազոտից կազմված ոչ մետաղական միացություն՝ սիլիցիումի նիտրիդը (Si3N4) նաև առաջադեմ կերամիկական նյութ է՝ մեխանիկական, ջերմային և էլեկտրական հատկությունների առավել հարմարվող խառնուրդով: Բացի այդ, համեմատած այլ կերամիկայի մեծ մասի հետ, այն բարձր արդյունավետության կերամիկա է՝ ցածր ջերմային ընդարձակման գործակցով, որն առաջարկում է գերազանց ջերմային ցնցումների դիմադրություն:
Հատկություններ
Շնորհիվ իր ցածր ջերմային ընդլայնման գործակցի, նյութն ունի շատ բարձր ջերմային ցնցումների դիմադրություն և լավ ճեղքվածքի ամրություն: Si3N4 աշխատանքային կտորները դիմացկուն են հարվածներից և ցնցումներից: Այս աշխատանքային մասերը կարող են հանդուրժել մինչև 1400 °C ջերմաստիճանը և դիմացկուն են քիմիական նյութերի, քայքայիչ ազդեցությունների և հատուկ հալված մետաղների, օրինակ՝ ալյումինի, ինչպես նաև թթուների և ալկալային լուծույթների նկատմամբ: Մեկ այլ առանձնահատկություն նրա ցածր խտությունն է: Այն ունի ցածր խտություն՝ 3,2-ից 3,3 գ/սմ3, որը գրեթե նույնքան թեթև է, որքան ալյումինը (2,7 գ/սմ3), և ունի առավելագույն ճկման ուժ՝ ≥900 ՄՊա:
Բացի այդ, Si3N4-ը բնութագրվում է մաշվածության նկատմամբ բարձր դիմադրությամբ և գերազանցում է մետաղների մեծ մասի բարձր ջերմաստիճանային հատկությունները, ինչպիսիք են բարձր ջերմաստիճանի ուժը և սողացող դիմադրությունը: Այն առաջարկում է սողացող և օքսիդացման դիմադրության գերազանց խառնուրդ և գերազանցում է մետաղների մեծամասնության բարձր ջերմաստիճանի հնարավորությունները: Իր ցածր ջերմահաղորդականության և մաշվածության ուժեղ դիմադրության շնորհիվ այն կարող է դիմակայել ամենադժվար հանգամանքներին ամենախստապահանջ արդյունաբերական ծրագրերում: Ավելին, սիլիցիումի նիտրիդը հիանալի տարբերակ է, երբ պահանջվում են բարձր ջերմաստիճան և բարձր բեռնվածության հնարավորություններ:
Հատկություններ
● Կոտրվածքի բարձր ամրություն
● Լավ ճկման ուժ
● Չափազանց ցածր խտություն
● Անհավատալի ուժեղ ջերմային ցնցումների դիմադրություն
● Բարձր աշխատանքային ջերմաստիճան օքսիդացող մթնոլորտում
Արտադրության մեթոդ
Սիլիցիումի նիտրիդ պատրաստելու համար օգտագործվող հինգ տարբեր գործընթացները հանգեցնում են մի փոքր տարբեր աշխատանքային նյութերի և կիրառությունների:
SRBSN (ռեակցիոն կապով սիլիցիումի նիտրիդ)
GPSN (գազի ճնշման սինտրացված սիլիցիումի նիտրիդ)
HPSN (տաք սեղմված սիլիցիումի նիտրիդ)
HIP-SN (տաք իզոստատիկ սեղմված սիլիցիումի նիտրիդ)
RBSN (ռեակցիոն կապով սիլիցիումի նիտրիդ)
Այս հինգի մեջ GPSN-ը արտադրության ամենահաճախ օգտագործվող մեթոդն է։
Կիրառման օրինակներ
Գնդակներ և գլորվող տարրեր լույսի համար
Իր կոտրվածքի մեծ ամրության և լավ տրիբոլոգիական հատկությունների շնորհիվ սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկաները իդեալականորեն պիտանի են օգտագործման համար որպես գնդիկներ և շարժակազմեր թեթև, չափազանց ճշգրիտ առանցքակալների, ծանր կերամիկական ձևավորող գործիքների և ավտոմոբիլային բարձր լարման բաղադրիչների համար: Բացի այդ, եռակցման տեխնիկան օգտագործում է նյութերի ուժեղ ջերմային ցնցումների դիմադրություն և բարձր ջերմաստիճանի դիմադրություն:
Բարձր ջերմաստիճանի հավելվածներ
Բացի այդ, այն երկար ժամանակ օգտագործվել է բարձր ջերմաստիճանի կիրառություններում։ Այն, որ այն եզակի մոնոլիտ կերամիկական նյութերից է, որը կարող է դիմակայել ծայրահեղ ջերմային ցնցումներին և ջերմաստիճանի գրադիենտներին, որոնք արտադրվում են ջրածնային/թթվածնային հրթիռային շարժիչներով:
Ավտոմոբիլային արդյունաբերություն
Ներկայումս սիլիցիումի նիտրիդային նյութը հիմնականում օգտագործվում է ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ՝ շարժիչի մասերի և շարժիչի աքսեսուարների համար, ինչպիսիք են տուրբո լիցքավորիչները՝ ցածր իներցիայի և շարժիչի հետաձգման և արտանետումների նվազեցման համար, լույսի մոմերը՝ ավելի արագ գործարկելու համար, արտանետվող գազի կառավարման փականները՝ արագացման համար, և գազային շարժիչների մաշվածության ճոճվող բարձիկները:
Էլեկտրոնիկայի արդյունաբերություն
Իր հստակ էլեկտրական հատկությունների շնորհիվ միկրոէլեկտրոնիկայի կիրառություններում սիլիցիումի նիտրիդն ավելի ու ավելի է օգտագործվում որպես մեկուսիչ և քիմիական խոչընդոտ սարքերի անվտանգ փաթեթավորման համար ինտեգրալային սխեմաների արտադրության մեջ: Սիլիցիումի նիտրիդն օգտագործվում է որպես պասիվացման շերտ՝ բարձր դիֆուզիոն արգելքով նատրիումի իոնների և ջրի դեմ, որոնք միկրոէլեկտրոնիկայի կոռոզիայի և անկայունության երկու հիմնական պատճառներն են: Անալոգային սարքերի կոնդենսատորներում նյութը նաև օգտագործվում է որպես էլեկտրական մեկուսիչ պոլիսիլիկոնային շերտերի միջև:
Եզրակացություն
Սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկա կոմունալ նյութեր են։ Այս կերամիկայի յուրաքանչյուր տեսակ ունի յուրահատուկ առանձնահատկություններ, որոնք այն օգտակար են դարձնում տարբեր ոլորտներում: Հասկանալով սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկայի բազմաթիվ տեսակները, հեշտացնում է ընտրել լավագույնը տվյալ կիրառման համար:
