Nemetalinis junginys, sudarytas iš silicio ir azoto, silicio nitridas (Si3N4) taip pat yra pažangi keraminė medžiaga, turinti tinkamiausią mechaninių, šiluminių ir elektrinių savybių derinį. Be to, palyginti su dauguma kitų keramikos gaminių, tai didelio našumo keramika su mažu šiluminio plėtimosi koeficientu, kuri pasižymi puikiu atsparumu šiluminiam smūgiui.
Dėl mažo šiluminio plėtimosi koeficiento medžiaga turi labai aukštą atsparumą šiluminiam smūgiui ir gerą atsparumą lūžiams. Si3N4 ruošiniai yra atsparūs smūgiams ir smūgiams. Šie ruošiniai gali atlaikyti iki 1400 °C darbo temperatūrą ir yra atsparūs cheminėms medžiagoms, koroziniam poveikiui ir specifiniams išlydytiems metalams, tokiems kaip aliuminis, taip pat rūgštims ir šarminiams tirpalams. Kitas bruožas yra mažas tankis. Jo tankis yra mažas (3,2–3,3 g/cm3), kuris yra beveik toks pat lengvas kaip aliuminis (2,7 g/cm3), o jo didžiausias atsparumas lenkimui yra ≥900 MPa.
Be to, Si3N4 pasižymi dideliu atsparumu dilimui ir viršija daugelio metalų savybes aukštoje temperatūroje, pvz., atsparumą aukštai temperatūrai ir atsparumą valkšnumui. Jis pasižymi puikiu atsparumo šliaužimui ir oksidacijai deriniu ir pranoksta daugelio metalų galimybes aukštoje temperatūroje. Dėl mažo šilumos laidumo ir didelio atsparumo dilimui, jis gali atlaikyti sunkiausias sąlygas sudėtingiausiuose pramonės įrenginiuose. Be to, silicio nitridas yra puikus pasirinkimas, kai reikia aukštos temperatūros ir didelės apkrovos.
● Didelis atsparumas lūžiams
● Geras lenkimo stiprumas
● Itin mažas tankis
● Neįtikėtinai stiprus atsparumas šiluminiam smūgiui
● Aukšta darbo temperatūra oksiduojančioje aplinkoje
Penki įvairūs procesai, naudojami silicio nitrido gamybai, lemia šiek tiek skirtingas darbo medžiagas ir pritaikymą.
SRBSN (reakciniu būdu surištas silicio nitridas)
GPSN (dujų slėgio sukepintas silicio nitridas)
HPSN (karšto spaudimo silicio nitridas)
HIP-SN (karštai izostatiškai presuotas silicio nitridas)
RBSN (reakcijos būdu surištas silicio nitridas)
Tarp šių penkių GPSN yra dažniausiai naudojamas gamybos būdas.
Dėl didelio atsparumo lūžiams ir gerų tribologinių savybių silicio nitrido keramika idealiai tinka naudoti kaip rutuliukus ir riedėjimo elementus lengviems, itin tiksliems guoliams, sunkiems keraminiams formavimo įrankiams ir labai įtemptiems automobilių komponentams. Be to, suvirinimo metodai naudoja medžiagų stiprų atsparumą šiluminiam smūgiui ir atsparumą aukštai temperatūrai.
Be to, jis jau seniai naudojamas aukštoje temperatūroje. Faktas, kad tai viena iš nedaugelio monolitinių keraminių medžiagų, galinčių atlaikyti ekstremalų šiluminį šoką ir temperatūros gradientus, kuriuos sukelia vandenilio/deguonies raketų varikliai.
Šiuo metu silicio nitrido medžiaga daugiausia naudojama automobilių pramonėje variklių dalims ir variklio priedams gaminti, pvz., turbokompresorių, skirtų mažesnei inercijai ir sumažinti variklio vėlavimą bei išmetamųjų teršalų kiekį, pakaitinimo žvakes, kad būtų galima greičiau paleisti, išmetamųjų dujų reguliavimo vožtuvuose, kad padidėtų pagreitis, ir svirties pagalvėlės dujiniams varikliams sumažinti nusidėvėjimą.
Dėl savo išskirtinių elektrinių savybių mikroelektronikos srityse silicio nitridas vis dažniau naudojamas kaip izoliatorius ir cheminis barjeras gaminant integruotus grandynus, skirtus saugiam prietaisų pakavimui. Silicio nitridas naudojamas kaip pasyvinamasis sluoksnis, turintis didelę difuzijos barjerą nuo natrio jonų ir vandens, kurie yra dvi pagrindinės mikroelektronikos korozijos ir nestabilumo priežastys. Analoginių įrenginių kondensatoriuose medžiaga taip pat naudojama kaip elektros izoliatorius tarp polisilicio sluoksnių.
Silicio nitrido keramika yra naudingos medžiagos. Kiekvienas šios keramikos tipas turi unikalių savybių, todėl ji naudinga įvairiuose sektoriuose. Suprasdami daugybę silicio nitrido keramikos rūšių, nesunku pasirinkti tinkamiausią konkrečiam pritaikymui.