Nemetālisks savienojums, kas sastāv no silīcija un slāpekļa, silīcija nitrīds (Si3N4) ir arī uzlabots keramikas materiāls ar vispiemērotāko mehānisko, termisko un elektrisko īpašību sajaukumu. Turklāt, salīdzinot ar lielāko daļu citu keramikas izstrādājumu, tā ir augstas veiktspējas keramika ar zemu termiskās izplešanās koeficientu, kas nodrošina izcilu termiskā trieciena izturību.
Iespējas
Pateicoties zemajam termiskās izplešanās koeficientam, materiālam ir ļoti augsta termiskā triecienizturība un laba izturība pret lūzumiem. Si3N4 sagataves ir izturīgas pret triecieniem un triecieniem. Šīs sagataves var izturēt darba temperatūru līdz 1400 °C un ir izturīgas pret ķīmiskām vielām, koroziju un īpašiem izkausētiem metāliem, piemēram, alumīniju, kā arī skābēm un sārmu šķīdumiem. Vēl viena iezīme ir tā zemais blīvums. Tam ir zems blīvums no 3,2 līdz 3,3 g/cm3, kas ir gandrīz tikpat viegls kā alumīnijs (2,7 g/cm3), un tā maksimālā lieces izturība ir ≥900 MPa.
Turklāt Si3N4 ir raksturīga augsta nodilumizturība, un tas pārsniedz vairuma metālu īpašības augstā temperatūrā, piemēram, izturību pret augstu temperatūru un šļūdes pretestību. Tas piedāvā izcilu šļūdes un oksidācijas pretestības sajaukumu un pārspēj vairuma metālu spējas augstā temperatūrā. Pateicoties zemajai siltumvadītspējai un spēcīgajai nodilumizturībai, tas var izturēt vissmagākos apstākļus visprasīgākajos rūpnieciskajos lietojumos. Turklāt silīcija nitrīds ir lieliska iespēja, ja ir nepieciešamas augstas temperatūras un lielas slodzes iespējas.
Īpašības
● Augsta izturība pret lūzumiem
● Laba lieces izturība
● Īpaši zems blīvums
● Neticami spēcīga termiskā trieciena izturība
● Augsta darba temperatūra oksidējošā vidē
Ražošanas metode
Pieci dažādi procesi, ko izmanto silīcija nitrīda ražošanai, rada nedaudz atšķirīgus darba materiālus un pielietojumus.
SRBSN (ar reakcijas palīdzību saistīts silīcija nitrīds)
GPSN (gāzes spiediena saķepināts silīcija nitrīds)
HPSN (karsti presēts silīcija nitrīds)
HIP-SN (karsti izostatiski presēts silīcija nitrīds)
RBSN (ar reakcijas palīdzību saistīts silīcija nitrīds)
Starp šīm piecām GPSN ir visbiežāk izmantotā ražošanas metode.
Lietojumprogrammu piemēri
Bumbiņas un ritošie elementi gaismai
Pateicoties lieliskajai izturībai pret lūzumiem un labajām triboloģiskām īpašībām, silīcija nitrīda keramika ir ideāli piemērota izmantošanai kā lodītes un rites elementi viegliem, īpaši precīziem gultņiem, lieljaudas keramikas formēšanas instrumentiem un ļoti noslogotām automobiļu sastāvdaļām. Turklāt metināšanas tehnikās tiek izmantota materiālu spēcīgā termiskā triecienizturība un izturība pret augstu temperatūru.
Augstas temperatūras lietojumprogrammas
Turklāt tas jau sen ir izmantots augstas temperatūras lietojumos. Fakts, ka tas ir viens no nedaudzajiem monolītajiem keramikas materiāliem, kas spēj izturēt ārkārtējos termiskos triecienus un temperatūras gradientus, ko rada ūdeņraža/skābekļa raķešu dzinēji.
Automobiļu rūpniecība
Pašlaik silīcija nitrīda materiālu galvenokārt izmanto automobiļu rūpniecībā dzinēju detaļu un dzinēja piederumu vienībām, piemēram, turbokompresoriem, kas nodrošina mazāku inerci un samazinātu dzinēja nobīdi un emisijas, kvēlsveces ātrākai palaišanai, izplūdes gāzu kontroles vārstus palielinātam paātrinājumam, un sviru spilventiņi gāzes dzinējiem, lai samazinātu nodilumu.
Elektronikas rūpniecība
Tā atšķirīgo elektrisko īpašību dēļ mikroelektronikas lietojumos silīcija nitrīdu arvien vairāk izmanto kā izolatoru un ķīmisko barjeru integrālo shēmu ražošanā ierīču drošai iesaiņošanai. Silīcija nitrīds tiek izmantots kā pasivācijas slānis ar augstu difūzijas barjeru pret nātrija joniem un ūdeni, kas ir divi galvenie korozijas un nestabilitātes cēloņi mikroelektronikā. Analogo ierīču kondensatoros viela tiek izmantota arī kā elektriskais izolators starp polisilīcija slāņiem.
Secinājums
Silīcija nitrīda keramika ir lietderīgi materiāli. Katram šīs keramikas veidam ir unikālas funkcijas, kas padara to noderīgu dažādās nozarēs. Izpratne par daudzajām silīcija nitrīda keramikas šķirnēm ļauj viegli izvēlēties piemērotāko konkrētajam lietojumam.
