Um composto não metálico composto de silício e nitrogênio, o nitreto de silício (Si3N4) também é um material cerâmico avançado com a mistura mais adaptável de propriedades mecânicas, térmicas e elétricas. Além disso, em comparação com a maioria das outras cerâmicas, é uma cerâmica de alto desempenho com baixo coeficiente de expansão térmica que oferece excelente resistência ao choque térmico.
Características
Devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica, o material possui uma resistência ao choque térmico muito alta e boa tenacidade à fratura. As peças de Si3N4 são resistentes a impactos e choques. Essas peças de trabalho podem tolerar temperaturas de operação de até 1.400 °C e são resistentes a produtos químicos, efeitos corrosivos e metais fundidos específicos, como alumínio, bem como ácidos e soluções alcalinas. Outra característica é sua baixa densidade. Tem uma densidade baixa de 3,2 a 3,3 g/cm3, que é quase tão leve quanto o alumínio (2,7 g/cm3) e tem uma resistência máxima à flexão de ≥900 MPa.
Além disso, o Si3N4 é caracterizado por alta resistência ao desgaste e excede as propriedades de alta temperatura da maioria dos metais, como resistência a altas temperaturas e resistência à fluência. Ele oferece uma combinação superior de resistência à fluência e à oxidação e supera as capacidades de alta temperatura da maioria dos metais. Graças à sua baixa condutividade térmica e forte resistência ao desgaste, pode suportar as circunstâncias mais adversas nas aplicações industriais mais exigentes. Além disso, o nitreto de silício é uma ótima opção quando são necessários recursos de alta temperatura e alta carga.
Propriedades
● Alta tenacidade à fratura
● Boa resistência à flexão
● Densidade extremamente baixa
● Incrivelmente forte resistência a choques térmicos
● Alta temperatura de trabalho em atmosferas oxidantes
Método de produção
Os cinco vários processos usados para produzir nitreto de silício levam a materiais de trabalho e aplicações ligeiramente diferentes.
SRBSN (nitreto de silício ligado por reação)
GPSN (nitreto de silício sinterizado sob pressão de gás)
HPSN (nitreto de silício prensado a quente)
HIP-SN (nitreto de silício prensado isostaticamente a quente)
RBSN (nitreto de silício ligado por reação)
Entre esses cinco, o GPSN é o método de produção mais utilizado.
Exemplos de Aplicação
Bolas e Elementos Rolantes para Luz
Devido à sua grande tenacidade à fratura e boas propriedades tribológicas, as cerâmicas de nitreto de silício são ideais para uso como esferas e elementos rolantes para rolamentos leves e extremamente precisos, ferramentas de conformação de cerâmica de serviço pesado e componentes automotivos altamente estressados. Além disso, as técnicas de soldagem fazem uso da forte resistência ao choque térmico dos materiais e resistência a altas temperaturas.
Aplicações de alta temperatura
Além disso, há muito tempo é empregado em aplicações de alta temperatura. O fato de ser um dos poucos materiais cerâmicos monolíticos que podem suportar o choque térmico extremo e os gradientes de temperatura produzidos pelos motores de foguetes de hidrogênio/oxigênio.
Indústria automobilística
Atualmente, o material de nitreto de silício é usado principalmente na indústria automotiva em aplicações para peças de motor e unidades de acessórios de motor, como turbocompressores para menor inércia e redução do atraso e emissões do motor, velas de incandescência para partida mais rápida, válvulas de controle de gases de escape para maior aceleração e balancins para motores a gasolina para reduzir o desgaste.
Indústria de eletrônicos
Devido às suas propriedades elétricas distintas, em aplicações microeletrônicas, o nitreto de silício é cada vez mais utilizado como isolante e barreira química na produção de circuitos integrados para o acondicionamento seguro de dispositivos. O nitreto de silício é utilizado como uma camada de passivação com uma barreira de alta difusão contra íons de sódio e água, que são duas das principais causas de corrosão e instabilidade em microeletrônica. Em capacitores para dispositivos analógicos, a substância também é utilizada como isolante elétrico entre camadas de polissilício.
Conclusão
Cerâmica de nitreto de silício são materiais utilitários. Cada tipo dessa cerâmica possui características únicas que a tornam útil em diversos setores. Compreender as muitas variedades de cerâmica de nitreto de silício facilita a seleção da melhor para uma determinada aplicação.
