Кремний мен азоттан тұратын металл емес қосылыс, кремний нитриді (Si3N4) механикалық, жылулық және электрлік қасиеттердің ең бейімделгіш қоспасы бар жетілдірілген керамикалық материал болып табылады. Оған қоса, басқа керамикалардың көпшілігімен салыстырғанда бұл термиялық кеңею коэффициенті төмен, термиялық соққыға тамаша төзімділік беретін өнімділігі жоғары керамика.
Ерекше өзгешеліктері
Термиялық кеңею коэффициенті төмен болғандықтан, материал өте жоғары термиялық соққыға төзімділікке және жақсы сынуға төзімділікке ие. Si3N4 дайындамалары соққылар мен соққыларға төзімді. Бұл дайындамалар 1400 °C дейінгі жұмыс температурасына шыдай алады және химиялық заттарға, коррозиялық әсерлерге және алюминий сияқты ерекше балқытылған металдарға, сонымен қатар қышқылдар мен сілтілі ерітінділерге төзімді. Тағы бір ерекшелігі - оның төмен тығыздығы. Оның төмен тығыздығы 3,2-3,3 г/см3, ол алюминий сияқты жеңіл дерлік (2,7 г/см3) және максималды иілу күші ≥900 МПа.
Сонымен қатар, Si3N4 тозуға жоғары төзімділігімен сипатталады және көптеген металдардың жоғары температуралық қасиеттерінен асып түседі, мысалы, жоғары температураға төзімділік пен сусымалыға төзімділік. Ол сусымалы және тотығуға төзімділіктің жоғары қоспасын ұсынады және металдардың көпшілігінің жоғары температура мүмкіндіктерінен асып түседі. Төмен жылу өткізгіштігінің және күшті тозуға төзімділігінің арқасында ол ең талап етілетін өнеркәсіптік қолданбалардағы ең ауыр жағдайларға төтеп бере алады. Сонымен қатар, кремний нитриді жоғары температура және жоғары жүктеме мүмкіндіктері қажет болған кезде тамаша опция болып табылады.
Қасиеттер
● Жоғары сыну беріктігі
● Жақсы иілу беріктігі
● Тығыздығы өте төмен
● Керемет күшті термиялық соққыға төзімділік
● Тотықтырғыш атмосферада жоғары жұмыс температурасы
Өндіріс әдісі
Кремний нитридін жасау үшін қолданылатын бес түрлі процесс — сәл өзгеше жұмыс материалдары мен қолданбаларына әкеледі.
SRBSN (реакциямен байланысқан кремний нитриді)
GPSN (газ қысымы агломерленген кремний нитриді)
HPSN (ыстық сығымдалған кремний нитриді)
HIP-SN (ыстық изостатикалық басылған кремний нитриді)
RBSN (реакциямен байланысқан кремний нитриді)
Осы бесеуінің ішінде GPSN ең жиі қолданылатын өндіріс әдісі болып табылады.
Қолданба мысалдары
Жарық үшін шарлар және айналдыру элементтері
Үлкен сынуға төзімділігі мен жақсы трибологиялық қасиеттерінің арқасында кремний нитридті керамика жеңіл, өте дәл мойынтіректерге, ауыр керамикалық қалыптау құралдарына және қатты кернеуі бар автомобиль компоненттеріне арналған шарлар мен домалау элементтері ретінде пайдалануға өте қолайлы. Сонымен қатар, дәнекерлеу әдістері материалдардың күшті термиялық соққыға төзімділігін және жоғары температураға төзімділігін пайдаланады.
Жоғары температура қолданбалары
Сонымен қатар, ол жоғары температура қолданбаларында бұрыннан қолданылған. Бұл сутегі/оттегі зымыран қозғалтқыштары шығаратын экстремалды термиялық соққыға және температура градиенттеріне төтеп бере алатын бірнеше монолитті керамикалық материалдардың бірі екендігі.
Автомобиль өнеркәсібі
Қазіргі уақытта кремний нитриді материалы негізінен автомобиль өнеркәсібінде қозғалтқыш бөлшектері мен қозғалтқыштың қосалқы бөліктеріне арналған қосымшаларда қолданылады, мысалы, инерцияны төмендету және қозғалтқыштың кідірісі мен шығарындыларын азайту үшін турбокомпрессорлар, жылдамырақ іске қосу үшін қыздыру штепсельдері, жылдамдауды арттыру үшін пайдаланылған газды басқару клапандары және тозуды төмендету үшін газ қозғалтқыштары үшін рокер қолдық төсемдер.
Электроника өнеркәсібі
Өзінің ерекше электрлік қасиеттеріне байланысты микроэлектроника қолданбаларында кремний нитриді құрылғыларды қауіпсіз орау үшін интегралды схемаларды өндіруде оқшаулағыш және химиялық тосқауыл ретінде жиі қолданылады. Кремний нитриді микроэлектроникадағы коррозия мен тұрақсыздықтың екі негізгі себебі болып табылатын натрий иондарына және суға қарсы жоғары диффузиялық кедергісі бар пассивациялық қабат ретінде пайдаланылады. Аналогтық құрылғыларға арналған конденсаторларда бұл зат сонымен қатар полисилиций қабаттары арасында электрлік оқшаулағыш ретінде пайдаланылады.
Қорытынды
Кремний нитридті керамика пайдалы материалдар болып табылады. Бұл керамиканың әр түрінің оны әртүрлі секторларда пайдалы ететін бірегей мүмкіндіктері бар. Кремний нитриді керамикасының көптеген сорттарын түсіну берілген қолданба үшін ең жақсысын таңдауды жеңілдетеді.
