Un compus nemetalic compus din siliciu și azot, nitrura de siliciu (Si3N4) este, de asemenea, un material ceramic avansat, cu cel mai adaptabil amestec de proprietăți mecanice, termice și electrice. În plus, în comparație cu majoritatea celorlalte ceramice, este o ceramică de înaltă performanță, cu un coeficient de dilatare termică scăzut, care oferă o rezistență excelentă la șocuri termice.
Caracteristici
Datorită coeficientului său scăzut de dilatare termică, materialul are o rezistență foarte mare la șocuri termice și o rezistență bună la rupere. Piesele Si3N4 sunt rezistente la impact și șocuri. Aceste piese de prelucrat pot tolera temperaturi de funcționare de până la 1400 °C și sunt rezistente la substanțe chimice, efecte corozive și metale topite specifice precum aluminiul, precum și la acizi și soluții alcaline. O altă caracteristică este densitatea sa scăzută. Are o densitate scăzută de 3,2 până la 3,3 g/cm3, care este aproape la fel de ușoară ca aluminiul (2,7 g/cm3) și are o rezistență maximă la încovoiere de ≥900 MPa.
În plus, Si3N4 se caracterizează prin rezistență ridicată la uzură și depășește proprietățile la temperatură înaltă ale majorității metalelor, cum ar fi rezistența la temperatură înaltă și rezistența la fluaj. Oferă un amestec superior de rezistență la fluaj și oxidare și depășește capacitățile de temperatură înaltă ale majorității metalelor. Datorită conductibilității sale scăzute la căldură și rezistenței puternice la uzură, poate rezista la cele mai grele circumstanțe în cele mai solicitante aplicații industriale. Mai mult, nitrura de siliciu este o opțiune excelentă atunci când sunt necesare capacități de temperatură ridicată și de încărcare mare.
Proprietăți
● Tenacitate mare la rupere
● Rezistență bună la încovoiere
● Densitate extrem de scăzută
● Rezistență incredibilă la șocuri termice
● Temperatură ridicată de lucru în atmosfere oxidante
Metoda de producție
Cele cinci procese diferite utilizate pentru fabricarea nitrurii de siliciu conduc la materiale de lucru și aplicații ușor diferite.
SRBSN (nitrură de siliciu legată prin reacție)
GPSN (nitrură de siliciu sinterizată la presiunea gazului)
HPSN (nitrură de siliciu presată la cald)
HIP-SN (nitrură de siliciu presată izostatic la cald)
RBSN (nitrură de siliciu legată de reacție)
Dintre aceste cinci, GPSN este cea mai des folosită metodă de producție.
Exemple de aplicații
Bile și elemente de rulare pentru lumină
Datorită rezistenței lor mari la rupere și proprietăților tribologice bune, ceramica cu nitrură de siliciu este ideală pentru utilizare ca bile și elemente de rulare pentru rulmenți ușori, extrem de precisi, unelte de formare ceramică de mare rezistență și componente pentru automobile foarte solicitate. În plus, tehnicile de sudare folosesc rezistența puternică la șocuri termice și rezistența la temperatură ridicată a materialelor.
Aplicații la temperatură înaltă
În plus, a fost folosit de mult timp în aplicații la temperaturi ridicate. Faptul că este unul dintre puținele materiale ceramice monolitice care pot rezista șocurilor termice extreme și gradienților de temperatură produse de motoarele de rachete cu hidrogen/oxigen.
Industria auto
În prezent, materialul cu nitrură de siliciu este utilizat în principal în industria auto în aplicații pentru piese de motor și unități accesorii ale motorului, cum ar fi turbocompresoare pentru o inerție mai mică și întârziere și emisii reduse ale motorului, bujii incandescente pentru o pornire mai rapidă, supape de control al gazelor de eșapament pentru o accelerație crescută și plăcuțe de culbutori pentru motoarele pe gaz pentru a reduce uzura.
Industria electronică
Datorită proprietăților sale electrice distincte, în aplicațiile de microelectronică, nitrura de siliciu este din ce în ce mai folosită ca izolator și barieră chimică în producția de circuite integrate pentru ambalarea în siguranță a dispozitivelor. Nitrura de siliciu este utilizată ca strat de pasivare cu o barieră de difuziune ridicată împotriva ionilor de sodiu și a apei, care sunt două cauze cheie ale coroziunii și instabilității în microelectronică. În condensatoarele pentru dispozitive analogice, substanța este, de asemenea, utilizată ca izolator electric între straturile de polisiliciu.
Concluzie
Ceramica cu nitrură de siliciu sunt materiale utilitare. Fiecare tip de această ceramică are caracteristici unice care o fac utilă într-o varietate de sectoare. Înțelegerea numeroaselor varietăți de ceramică cu nitrură de siliciu facilitează selectarea celei mai bune pentru o anumită aplicație.
