Senyawa non-logam yang terdiri dari silikon dan nitrogen, silikon nitrida (Si3N4) juga merupakan bahan keramik canggih dengan campuran sifat mekanik, termal, dan listrik yang paling mudah beradaptasi. Selain itu, dibandingkan dengan kebanyakan keramik lainnya, ini adalah keramik berperforma tinggi dengan koefisien ekspansi termal rendah yang menawarkan ketahanan kejut termal yang sangat baik.
Fitur
Karena koefisien muai panasnya yang rendah, material ini memiliki ketahanan kejut termal yang sangat tinggi dan ketangguhan retak yang baik. Benda kerja Si3N4 tahan terhadap benturan dan guncangan. Benda kerja ini dapat mentolerir suhu operasi hingga 1400 °C dan tahan terhadap bahan kimia, efek korosif, dan logam cair tertentu seperti aluminium, serta larutan asam dan basa. Fitur lainnya adalah kepadatannya yang rendah. Ini memiliki kerapatan rendah 3,2 hingga 3,3 g/cm3, yang hampir seringan aluminium (2,7 g/cm3), dan memiliki kekuatan lentur maksimal ≥900 MPa.
Selain itu, Si3N4 ditandai dengan ketahanan aus yang tinggi dan melebihi sifat suhu tinggi sebagian besar logam, seperti kekuatan suhu tinggi dan ketahanan mulur. Ini menawarkan perpaduan yang unggul antara ketahanan mulur dan oksidasi serta mengungguli kemampuan suhu tinggi sebagian besar logam. Berkat konduktivitas panasnya yang rendah dan ketahanan aus yang kuat, ia dapat menahan keadaan paling keras dalam aplikasi industri yang paling menuntut. Selain itu, silikon nitrida adalah opsi yang bagus saat diperlukan kemampuan suhu tinggi dan beban tinggi.
Properti
● Ketangguhan patah yang tinggi
● Kekuatan lentur yang baik
● Kepadatan yang sangat rendah
● Ketahanan kejut termal yang luar biasa kuat
● Temperatur kerja yang tinggi di atmosfir pengoksidasi
Metode Produksi
Lima macam proses yang digunakan untuk membuat silikon nitrida—menyebabkan bahan dan aplikasi kerja yang sedikit berbeda.
SRBSN (silikon nitrida berikatan reaksi)
GPSN (silikon nitrida sinter tekanan gas)
HPSN (silikon nitrida tekan panas)
HIP-SN (silikon nitrida panas yang ditekan secara isostatik)
RBSN (silikon nitrida berikatan reaksi)
Di antara kelimanya, GPSN adalah metode produksi yang paling sering digunakan.
Contoh Aplikasi
Bola dan Elemen Bergulir untuk Cahaya
Karena ketangguhan retaknya yang besar dan sifat tribologis yang baik, keramik silikon nitrida cocok untuk digunakan sebagai bola dan elemen gelinding untuk bantalan yang ringan, sangat presisi, alat pembentuk keramik tugas berat, dan komponen otomotif yang sangat tertekan. Selain itu, teknik pengelasan memanfaatkan ketahanan goncangan termal yang kuat dari bahan dan ketahanan suhu tinggi.
Aplikasi Suhu Tinggi
Selain itu, telah lama digunakan dalam aplikasi suhu tinggi. Fakta bahwa itu adalah salah satu dari sedikit bahan keramik monolitik yang dapat menahan guncangan termal ekstrim dan gradien suhu yang dihasilkan oleh mesin roket hidrogen/oksigen.
Industri otomotif
Saat ini, bahan silikon nitrida digunakan terutama di industri otomotif dalam aplikasi untuk bagian-bagian mesin dan unit aksesori mesin, seperti turbocharger untuk inersia yang lebih rendah dan mengurangi kelambatan dan emisi mesin, busi pijar untuk penyalaan yang lebih cepat, katup kontrol gas buang untuk meningkatkan akselerasi, dan bantalan lengan ayun untuk mesin gas guna mengurangi keausan.
Industri Elektronik
Karena sifat kelistrikannya yang berbeda, dalam aplikasi mikroelektronika, silikon nitrida semakin banyak digunakan sebagai isolator dan penghalang kimia dalam produksi sirkuit terpadu untuk pengemasan perangkat yang aman. Silikon nitrida digunakan sebagai lapisan pasivasi dengan penghalang difusi tinggi terhadap ion natrium dan air, yang merupakan dua penyebab utama korosi dan ketidakstabilan dalam mikroelektronika. Dalam kapasitor untuk perangkat analog, zat ini juga digunakan sebagai penyekat listrik antar lapisan polisilikon.
Kesimpulan
Keramik silikon nitrida adalah bahan serbaguna. Setiap jenis keramik ini memiliki keistimewaan unik yang membuatnya berguna di berbagai sektor. Memahami banyak jenis keramik silikon nitrida memudahkan untuk memilih yang terbaik untuk aplikasi tertentu.
