תרכובת לא מתכתית המורכבת מסיליקון וחנקן, סיליקון ניטריד (Si3N4) הוא גם חומר קרמי מתקדם עם התערובת המתאימה ביותר של תכונות מכניות, תרמיות וחשמליות. בנוסף, בהשוואה לרוב הקרמיקות האחרות, זוהי קרמיקה בעלת ביצועים גבוהים עם מקדם התפשטות תרמית נמוך שמציעה עמידות מצוינת בפני זעזועים תרמיים.

מאפיינים

בשל מקדם ההתפשטות התרמית הנמוך שלו, החומר בעל עמידות בפני זעזועים תרמית גבוהה מאוד וקשיחות שבר טובה. חלקי עבודה של Si3N4 עמידים בפני פגיעות וזעזועים. חלקי עבודה אלה יכולים לסבול טמפרטורות עבודה של עד 1400 מעלות צלזיוס והם עמידים בפני כימיקלים, השפעות קורוזיביות ומתכות מותכות ספציפיות כמו אלומיניום, כמו גם חומצות ותמיסות אלקליות. תכונה נוספת היא הצפיפות הנמוכה שלו. יש לו צפיפות נמוכה של 3.2 עד 3.3 גרם/סמ"ק, שהוא קל כמעט כמו אלומיניום (2.7 גרם/סמ"ק), ויש לו חוזק כיפוף מקסימלי של ≥900 MPa.

בנוסף, Si3N4 מאופיין בעמידות גבוהה בפני שחיקה ועולה על תכונות הטמפרטורות הגבוהות של רוב המתכות, כמו חוזק בטמפרטורה גבוהה ועמידות בפני זחילה. הוא מציע שילוב מעולה של עמידות לזחילה וחמצון ועולה על יכולות הטמפרטורות הגבוהות של רוב המתכות. בזכות מוליכות החום הנמוכה ועמידות הבלאי החזקה שלו, הוא יכול לעמוד בנסיבות הקשות ביותר ביישומים התעשייתיים התובעניים ביותר. יתר על כן, סיליקון ניטריד הוא אופציה מצוינת כאשר נדרשות יכולות של טמפרטורה גבוהה ועומס גבוה.

נכסים

● קשיחות שבר גבוהה

● חוזק כיפוף טוב

● צפיפות נמוכה במיוחד

● עמידות מדהימה בפני זעזועים תרמיים

● טמפרטורת עבודה גבוהה באטמוספרות מחמצנות

שיטת הייצור

חמשת התהליכים השונים המשמשים לייצור סיליקון ניטריד - מובילים לחומרי עבודה ויישומים שונים במקצת.

• SRBSN (סיליקון ניטריד קשור בתגובה)

• GPSN (סיליקון ניטריד מסונן בלחץ גז)

• HPSN (סיליקון ניטריד בכבישה חמה)

• HIP-SN (סיליקון ניטריד בלחץ איזוסטטית חמה)

• RBSN (סיליקון ניטריד קשור בתגובה)

מבין חמש אלה, GPSN היא שיטת הייצור הנפוצה ביותר.

דוגמאות ליישום

כדורים ואלמנטים מתגלגלים לאור

בשל קשיחות השבר הנהדרת שלהם ותכונות טריבולוגיות טובות, קרמיקת סיליקון ניטריד מתאימה באופן אידיאלי לשימוש ככדורים ואלמנטים מתגלגלים עבור מיסבים קלים ומדויקים במיוחד, כלי עבודה קרמיים כבדים ורכיבי רכב בעלי מתח רב. בנוסף, טכניקות ריתוך עושות שימוש בעמידות בפני זעזועים תרמיים חזקים של חומרים ובהתנגדות לטמפרטורות גבוהות.

יישומים בטמפרטורה גבוהה

חוץ מזה, זה כבר זמן רב מועסק ביישומים בטמפרטורה גבוהה. העובדה שזהו אחד החומרים הקרמיים המונוליטיים הבודדים שיכולים לעמוד בפני זעזועים תרמיים קיצוניים ושיפועי טמפרטורה המיוצרים על ידי מנועי רקטות מימן/חמצן.

תעשיית הרכב

כיום, חומר הסיליקון ניטריד משמש בעיקר בתעשיית הרכב ביישומים עבור חלקי מנוע ויחידות אביזרי מנוע, כגון מגדשי טורבו לאינרציה נמוכה יותר והפחתת השהייה ופליטת המנוע, אטמי זוהר להתנעה מהירה יותר, שסתומי בקרת גז פליטה להאצה ורפידות נדנדה למנועי גז להפחתת הבלאי.

תעשיית האלקטרוניקה

בשל תכונותיו החשמליות המובהקות, ביישומי מיקרואלקטרוניקה, נעשה שימוש הולך וגובר בסיליקון ניטריד כמבודד וכמחסום כימי בייצור מעגלים משולבים לאריזה בטוחה של מכשירים. סיליקון ניטריד משמש כשכבת פסיבציה עם מחסום דיפוזיה גבוה כנגד יוני נתרן ומים, שהם שני גורמים מרכזיים לקורוזיה וחוסר יציבות במיקרו-אלקטרוניקה. בקבלים למכשירים אנלוגיים, החומר משמש גם כמבודד חשמלי בין שכבות פוליסיליקון.

סיכום

קרמיקת סיליקון ניטריד הם חומרי שימוש. לכל סוג של קרמיקה זו יש תכונות ייחודיות שהופכות אותה לשימושית במגוון מגזרים. הבנת הזנים הרבים של קרמיקת סיליקון ניטריד מאפשרת לבחור בקלות את הטוב ביותר עבור יישום נתון.