Un composto non metallico composto da silicio e azoto, il nitruro di silicio (Si3N4) è anche un materiale ceramico avanzato con il mix più adattabile di proprietà meccaniche, termiche ed elettriche. Inoltre, rispetto alla maggior parte delle altre ceramiche, è una ceramica ad alte prestazioni con un basso coefficiente di dilatazione termica che offre un'eccellente resistenza agli shock termici.
Caratteristiche
Grazie al suo basso coefficiente di dilatazione termica, il materiale ha un'elevata resistenza agli shock termici e una buona tenacità alla frattura. I pezzi Si3N4 sono resistenti agli urti e agli urti. Questi pezzi possono tollerare temperature di esercizio fino a 1400 °C e sono resistenti agli agenti chimici, agli effetti corrosivi e a specifici metalli fusi come l'alluminio, nonché agli acidi e alle soluzioni alcaline. Un'altra caratteristica è la sua bassa densità. Ha una bassa densità da 3,2 a 3,3 g/cm3, che è leggero quasi quanto l'alluminio (2,7 g/cm3) e ha una resistenza alla flessione massima di ≥900 MPa.
Inoltre, Si3N4 è caratterizzato da un'elevata resistenza all'usura e supera le proprietà ad alta temperatura della maggior parte dei metalli, come la resistenza alle alte temperature e la resistenza allo scorrimento. Offre un mix superiore di resistenza allo scorrimento e all'ossidazione e supera le capacità ad alta temperatura della maggior parte dei metalli. Grazie alla sua bassa conduttività termica e alla forte resistenza all'usura, può resistere alle circostanze più difficili nelle applicazioni industriali più esigenti. Inoltre, il nitruro di silicio è un'ottima opzione quando sono richieste capacità ad alta temperatura e carico elevato.
Proprietà
● Elevata tenacità alla frattura
● Buona resistenza alla flessione
● Densità estremamente bassa
● Incredibile forte resistenza agli shock termici
● Alta temperatura di esercizio in atmosfere ossidanti
Metodo di produzione
I cinque diversi processi utilizzati per produrre il nitruro di silicio portano a materiali e applicazioni di lavoro leggermente diversi.
SRBSN (nitruro di silicio legato a reazione)
GPSN (nitruro di silicio sinterizzato a pressione di gas)
HPSN (nitruro di silicio pressato a caldo)
HIP-SN (nitruro di silicio pressato isostaticamente a caldo)
RBSN (nitruro di silicio legato a reazione)
Tra questi cinque, GPSN è il metodo di produzione più utilizzato.
Esempi di applicazioni
Sfere ed Elementi Volanti per Luce
Grazie alla loro elevata tenacità alla frattura e alle buone proprietà tribologiche, le ceramiche al nitruro di silicio sono ideali per l'uso come sfere ed elementi volventi per cuscinetti leggeri ed estremamente precisi, utensili per la formatura in ceramica per impieghi gravosi e componenti automobilistici altamente sollecitati. Inoltre, le tecniche di saldatura fanno uso della forte resistenza agli shock termici e alle alte temperature dei materiali.
Applicazioni ad alta temperatura
Inoltre, è stato a lungo impiegato in applicazioni ad alta temperatura. Il fatto che sia uno dei pochi materiali ceramici monolitici in grado di resistere agli shock termici estremi e ai gradienti di temperatura prodotti dai motori a razzo a idrogeno/ossigeno.
Industria automobilistica
Attualmente, il materiale in nitruro di silicio viene utilizzato principalmente nell'industria automobilistica in applicazioni per parti del motore e unità accessorie del motore, come turbocompressori per una minore inerzia e riduzione del ritardo del motore e delle emissioni, candelette per un avvio più rapido, valvole di controllo dei gas di scarico per una maggiore accelerazione e cuscinetti dei bilancieri per motori a gas per ridurre l'usura.
Industria elettronica
Per le sue spiccate proprietà elettriche, nelle applicazioni microelettroniche, il nitruro di silicio è sempre più utilizzato come isolante e barriera chimica nella produzione di circuiti integrati per l'imballaggio sicuro di dispositivi. Il nitruro di silicio viene utilizzato come strato di passivazione con un'elevata barriera di diffusione contro gli ioni di sodio e l'acqua, che sono due cause principali di corrosione e instabilità nella microelettronica. Nei condensatori per dispositivi analogici, la sostanza viene utilizzata anche come isolante elettrico tra strati di polisilicio.
Conclusione
Le ceramiche al nitruro di silicio sono materiali utili. Ogni tipo di questa ceramica ha caratteristiche uniche che la rendono utile in una varietà di settori. Comprendere le numerose varietà di ceramiche al nitruro di silicio rende facile selezionare quella migliore per una data applicazione.
