Nekovová zlúčenina zložená z kremíka a dusíka, nitrid kremíka (Si3N4), je tiež pokročilý keramický materiál s najprispôsobivejšou zmesou mechanických, tepelných a elektrických vlastností. Navyše, v porovnaní s väčšinou ostatných keramiky, je to vysokovýkonná keramika s nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti, ktorá ponúka vynikajúcu odolnosť proti tepelným šokom.
Vlastnosti
Vďaka nízkemu koeficientu tepelnej rozťažnosti má materiál veľmi vysokú odolnosť proti tepelným šokom a dobrú lomovú húževnatosť. Obrobky Si3N4 sú odolné voči nárazom a otrasom. Tieto obrobky znesú prevádzkové teploty až do 1400 °C a sú odolné voči chemikáliám, korozívnym účinkom a špecifickým roztaveným kovom, ako je hliník, ako aj kyselinám a zásadám. Ďalšou vlastnosťou je jeho nízka hustota. Má nízku hustotu 3,2 až 3,3 g/cm3, čo je takmer rovnako ľahké ako hliník (2,7 g/cm3), a má maximálnu pevnosť v ohybe ≥900 MPa.
Okrem toho sa Si3N4 vyznačuje vysokou odolnosťou proti opotrebovaniu a prevyšuje vysokoteplotné vlastnosti väčšiny kovov, ako je pevnosť pri vysokých teplotách a odolnosť proti tečeniu. Ponúka vynikajúcu kombináciu odolnosti voči tečeniu a oxidácii a prekonáva vysokoteplotné schopnosti väčšiny kovov. Vďaka nízkej tepelnej vodivosti a vysokej odolnosti proti opotrebovaniu dokáže odolať aj tým najtvrdším podmienkam v najnáročnejších priemyselných aplikáciách. Okrem toho je nitrid kremíka skvelou voľbou, keď sú potrebné možnosti vysokej teploty a vysokého zaťaženia.
Vlastnosti
● Vysoká lomová húževnatosť
● Dobrá pevnosť v ohybe
● Extrémne nízka hustota
● Neuveriteľne silná odolnosť voči tepelným šokom
● Vysoká pracovná teplota v oxidačných atmosférach
Spôsob výroby
Päť rôznych procesov používaných na výrobu nitridu kremíka vedie k mierne odlišným pracovným materiálom a aplikáciám.
SRBSN (reakčne viazaný nitrid kremíka)
GPSN (sintrovaný nitrid kremíka pod tlakom plynu)
HPSN (za tepla lisovaný nitrid kremíka)
HIP-SN (za tepla izostaticky lisovaný nitrid kremíka)
RBSN (reakčne viazaný nitrid kremíka)
Spomedzi týchto piatich je GPSN najčastejšie používaným spôsobom výroby.
Príklady aplikácií
Gule a valivé prvky pre svetlo
Vďaka svojej vysokej lomovej húževnatosti a dobrým tribologickým vlastnostiam sa keramika z nitridu kremíka ideálne hodí na použitie ako guľôčky a valivé prvky pre ľahké, extrémne presné ložiská, vysokovýkonné keramické tvárniace nástroje a vysoko namáhané automobilové komponenty. Okrem toho zváracie techniky využívajú silnú odolnosť materiálov voči tepelným šokom a odolnosť voči vysokým teplotám.
Vysokoteplotné aplikácie
Okrem toho sa už dlho používa vo vysokoteplotných aplikáciách. Skutočnosť, že je to jeden z mála monolitických keramických materiálov, ktoré dokážu odolať extrémnym teplotným šokom a teplotným gradientom produkovaným vodíkovými/kyslíkovými raketovými motormi.
Automobilový priemysel
V súčasnosti sa materiál nitrid kremíka používa predovšetkým v automobilovom priemysle v aplikáciách pre časti motora a jednotky príslušenstva motora, ako sú turbodúchadlá pre nižšiu zotrvačnosť a zníženie oneskorenia motora a emisií, žeraviace sviečky pre rýchlejší štart, regulačné ventily výfukových plynov pre zvýšenú akceleráciu a podložky vahadiel pre plynové motory na zníženie opotrebovania.
Elektronický priemysel
Vďaka svojim odlišným elektrickým vlastnostiam sa v mikroelektronických aplikáciách nitrid kremíka čoraz viac používa ako izolátor a chemická bariéra pri výrobe integrovaných obvodov na bezpečné balenie zariadení. Nitrid kremíka sa používa ako pasivačná vrstva s vysokou difúznou bariérou proti sodíkovým iónom a vode, čo sú dve kľúčové príčiny korózie a nestability v mikroelektronike. V kondenzátoroch pre analógové zariadenia sa látka používa aj ako elektrický izolátor medzi polysilikónovými vrstvami.
Záver
Keramika z nitridu kremíka sú úžitkové materiály. Každý typ tejto keramiky má jedinečné vlastnosti, vďaka ktorým je užitočný v rôznych odvetviach. Pochopenie mnohých druhov keramiky z nitridu kremíka uľahčuje výber tej najlepšej pre danú aplikáciu.
