Een niet-metalen verbinding bestaande uit silicium en stikstof, siliciumnitride (Si3N4) is ook een geavanceerd keramisch materiaal met de meest aanpasbare mix van mechanische, thermische en elektrische eigenschappen. Bovendien is het, vergeleken met de meeste andere keramiek, een hoogwaardige keramiek met een lage thermische uitzettingscoëfficiënt die uitstekende thermische schokbestendigheid biedt.
Functies
Door de lage thermische uitzettingscoëfficiënt heeft het materiaal een zeer hoge thermische schokbestendigheid en een goede breuktaaiheid. Si3N4-werkstukken zijn bestand tegen stoten en schokken. Deze werkstukken zijn bestand tegen bedrijfstemperaturen tot 1400 °C en zijn bestand tegen chemicaliën, corrosieve effecten en specifieke gesmolten metalen zoals aluminium, evenals zuren en alkalische oplossingen. Een ander kenmerk is de lage dichtheid. Het heeft een lage dichtheid van 3,2 tot 3,3 g/cm3, wat bijna net zo licht is als aluminium (2,7 g/cm3), en het heeft een maximale buigsterkte van ≥900 MPa.
Bovendien wordt Si3N4 gekenmerkt door een hoge slijtvastheid en overtreft het de hoge-temperatuureigenschappen van de meeste metalen, zoals hoge-temperatuursterkte en kruipweerstand. Het biedt een superieure mix van kruip- en oxidatieweerstand en presteert beter dan de hoge-temperatuurcapaciteiten van de meeste metalen. Dankzij het lage warmtegeleidingsvermogen en de sterke slijtvastheid is het bestand tegen de zwaarste omstandigheden in de meest veeleisende industriële toepassingen. Bovendien is siliciumnitride een geweldige optie wanneer hoge temperaturen en hoge belastingsmogelijkheden vereist zijn.
Eigenschappen
● Hoge breuktaaiheid
● Goede buigsterkte
● Extreem lage dichtheid
● Ongelooflijke sterke thermische schokbestendigheid
● Hoge werktemperatuur in oxiderende atmosferen
Productie methode
De vijf verschillende processen die worden gebruikt om siliciumnitride te maken, leiden tot iets andere werkmaterialen en toepassingen.
SRBSN (reactiegebonden siliciumnitride)
GPSN (gasdruk gesinterd siliciumnitride)
HPSN (heet geperst siliciumnitride)
HIP-SN (heet isostatisch geperst siliciumnitride)
RBSN (reactiegebonden siliciumnitride)
Van deze vijf is GPSN de meest gebruikte productiemethode.
Toepassingsvoorbeelden
Ballen en rollende elementen voor licht
Vanwege hun grote breuktaaiheid en goede tribologische eigenschappen zijn siliciumnitride-keramiek bij uitstek geschikt voor gebruik als kogels en rollende elementen voor lichte, uiterst nauwkeurige lagers, zware keramische vormgereedschappen en zwaarbelaste auto-onderdelen. Bovendien maken lastechnieken gebruik van de sterke thermische schokbestendigheid en hoge temperatuurbestendigheid van materialen.
Toepassingen bij hoge temperaturen
Bovendien wordt het al lang gebruikt in toepassingen bij hoge temperaturen. Het feit dat het een van de weinige monolithische keramische materialen is die bestand is tegen de extreme thermische schokken en temperatuurgradiënten die worden veroorzaakt door waterstof/zuurstofraketmotoren.
Auto-industrie
Momenteel wordt het materiaal siliciumnitride voornamelijk gebruikt in de auto-industrie in toepassingen voor motoronderdelen en motoraccessoire-eenheden, zoals turbocompressoren voor lagere traagheid en minder motorvertraging en emissies, gloeibougies voor sneller opstarten, uitlaatgasregelkleppen voor verhoogde acceleratie en tuimelaarkussens voor gasmotoren om slijtage te verminderen.
Elektronische industrie
Vanwege zijn uitgesproken elektrische eigenschappen wordt siliciumnitride in micro-elektronicatoepassingen steeds vaker gebruikt als isolator en chemische barrière bij de productie van geïntegreerde schakelingen voor het veilig verpakken van apparaten. Siliciumnitride wordt gebruikt als passiveringslaag met een hoge diffusiebarrière tegen natriumionen en water, twee belangrijke oorzaken van corrosie en instabiliteit in micro-elektronica. In condensatoren voor analoge apparaten wordt de stof ook gebruikt als elektrische isolator tussen polysiliciumlagen.
Conclusie
Siliciumnitride keramiek zijn gebruiksmaterialen. Elk type van dit keramiek heeft unieke kenmerken waardoor het bruikbaar is in verschillende sectoren. Als u de vele variëteiten van siliciumnitride-keramiek begrijpt, kunt u gemakkelijk de beste kiezen voor een bepaalde toepassing.
