실리콘 질화물 — 고성능 세라믹

2023-07-14

Silicon Nitride — High-Performance Ceramic

규소와 질소로 구성된 비금속 화합물인 질화규소(Si3N4)는 기계적, 열적, 전기적 특성이 가장 적응력 있게 혼합된 고급 세라믹 소재이기도 합니다. 또한 대부분의 다른 세라믹에 비해 열충격 저항이 뛰어난 열팽창 계수가 낮은 고성능 세라믹입니다.

특징

열팽창 계수가 낮기 때문에 이 소재는 열충격 저항성이 매우 높고 파괴 인성이 우수합니다. Si3N4 공작물은 충격과 충격에 강합니다. 이러한 공작물은 최대 1400°C의 작동 온도를 견딜 수 있으며 화학 물질, 부식 효과, 알루미늄과 같은 특정 용융 금속, 산 및 알칼리 용액에 대한 내성이 있습니다. 또 다른 특징은 밀도가 낮다는 것입니다. 밀도가 3.2~3.3g/cm3로 거의 알루미늄(2.7g/cm3)만큼 가볍고 최대 굽힘 강도는 900MPa 이상입니다.

또한 Si3N4는 높은 내마모성을 특징으로 하며 고온 강도 및 크리프 저항성과 같은 대부분의 금속의 고온 특성을 능가합니다. 크리프 및 내산화성이 우수하며 대다수 금속의 고온 성능을 능가합니다. 열전도율이 낮고 내마모성이 강하기 때문에 가장 까다로운 산업 분야에서 가장 혹독한 환경을 견딜 수 있습니다. 또한 질화규소는 고온 및 고부하 기능이 필요할 때 훌륭한 옵션입니다.

속성

● 높은 파괴 인성

● 우수한 굴곡 강도

● 매우 낮은 밀도

● 놀랍도록 강력한 열충격 저항

● 산화 분위기에서 높은 작동 온도

생산 방법

질화규소를 만드는 데 사용되는 5가지 다양한 공정은 작업 재료와 응용 분야가 약간 다릅니다.

SRBSN(반응 결합 질화규소)
GPSN (가스 압력 소결 실리콘 질화물)
HPSN (열간 압축 질화규소)
HIP-SN (열간 등압 압축 질화규소)
RBSN (반응 결합 질화규소)

이 다섯 가지 중에서 GPSN이 가장 많이 사용되는 생산 방법입니다.

적용 예

빛을 위한 볼 및 롤링 요소

우수한 파괴 인성과 우수한 마찰 특성으로 인해 질화규소 세라믹은 가볍고 매우 정밀한 베어링, 견고한 세라믹 성형 도구 및 높은 응력을 받는 자동차 부품용 볼 및 롤링 요소로 사용하기에 이상적입니다. 또한 용접 기술은 재료의 강한 열충격 저항성과 고온 저항성을 활용합니다.

고온 응용 분야

게다가 오랫동안 고온 응용 분야에 사용되었습니다. 수소/산소 로켓 엔진에서 발생하는 극한의 열충격과 온도 구배를 견딜 수 있는 몇 안 되는 모놀리식 세라믹 소재 중 하나라는 사실입니다.

자동차 산업

현재, 질화규소 재료는 낮은 관성 및 감소된 엔진 지연 및 배출을 위한 터보차저, 더 빠른 시동을 위한 예열 플러그, 증가된 가속을 위한 배기 가스 제어 밸브, 마모를 줄이기 위한 가스 엔진용 로커 암 패드.

전자 산업

고유한 전기적 특성으로 인해 마이크로전자 응용 분야에서 질화규소는 장치의 안전한 패키징을 위한 집적 회로 생산에서 절연체 및 화학적 장벽으로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 질화규소는 마이크로전자공학에서 부식과 불안정성의 두 가지 주요 원인인 나트륨 이온과 물에 대한 높은 확산 장벽이 있는 패시베이션 층으로 활용됩니다. 아날로그 장치용 커패시터에서 이 물질은 폴리실리콘 층 사이의 전기 절연체로도 활용됩니다.