Silicijev nitrid (Si3N4) je nekovinska spojina, sestavljena iz silicija in dušika, tudi napreden keramični material z najbolj prilagodljivo mešanico mehanskih, toplotnih in električnih lastnosti. Poleg tega je v primerjavi z večino druge keramike visoko zmogljiva keramika z nizkim koeficientom toplotnega raztezanja, ki ponuja odlično odpornost na toplotne udarce.
Lastnosti
Zaradi nizkega koeficienta toplotnega raztezanja ima material zelo visoko odpornost na toplotne udarce in dobro lomno žilavost. Obdelovanci Si3N4 so odporni na udarce in udarce. Ti obdelovanci lahko prenesejo delovne temperature do 1400 °C in so odporni na kemikalije, korozivne učinke in specifične staljene kovine, kot je aluminij, ter kisline in alkalne raztopine. Druga značilnost je nizka gostota. Ima nizko gostoto od 3,2 do 3,3 g/cm3, kar je skoraj tako lahko kot aluminij (2,7 g/cm3), in ima največjo upogibno trdnost ≥900 MPa.
Poleg tega je za Si3N4 značilna visoka odpornost proti obrabi in presega visokotemperaturne lastnosti večine kovin, kot sta visokotemperaturna trdnost in odpornost proti lezenju. Ponuja vrhunsko mešanico odpornosti proti lezenju in oksidaciji ter prekaša zmogljivosti pri visokih temperaturah večine kovin. Zahvaljujoč nizki toplotni prevodnosti in močni odpornosti proti obrabi lahko prenese najtežje razmere v najzahtevnejših industrijskih aplikacijah. Poleg tega je silicijev nitrid odlična možnost, ko so potrebne zmogljivosti pri visokih temperaturah in obremenitvah.
Lastnosti
● Visoka lomna žilavost
● Dobra upogibna trdnost
● Izjemno nizka gostota
● Neverjetna močna odpornost na toplotne udarce
● Visoka delovna temperatura v oksidativni atmosferi
Metoda izdelave
Pet različnih postopkov, uporabljenih za izdelavo silicijevega nitrida, vodi do nekoliko drugačnih delovnih materialov in aplikacij.
SRBSN (reakcijsko vezan silicijev nitrid)
GPSN (sinteriran silicijev nitrid pod tlakom plina)
HPSN (vroče stiskan silicijev nitrid)
HIP-SN (vroče izostatično stisnjen silicijev nitrid)
RBSN (reakcijsko vezan silicijev nitrid)
Med temi petimi je GPSN najpogosteje uporabljen način proizvodnje.
Primeri uporabe
Kroglice in kotalni elementi za svetlobo
Zaradi velike lomne žilavosti in dobrih triboloških lastnosti je keramika iz silicijevega nitrida idealna za uporabo kot kroglice in kotalni elementi za lahke, izjemno natančne ležaje, težka orodja za oblikovanje keramike in visoko obremenjene avtomobilske komponente. Poleg tega varilne tehnike izkoriščajo močno odpornost materialov na toplotne udarce in odpornost na visoke temperature.
Visokotemperaturne aplikacije
Poleg tega se že dolgo uporablja v aplikacijah pri visokih temperaturah. Dejstvo, da je to eden redkih monolitnih keramičnih materialov, ki lahko prenesejo ekstremne toplotne šoke in temperaturne gradiente, ki jih povzročajo raketni motorji na vodik/kisik.
Avtomobilska industrija
Trenutno se material iz silicijevega nitrida uporablja predvsem v avtomobilski industriji v aplikacijah za dele motorja in dodatne enote motorja, kot so turbopolnilniki za nižjo vztrajnost in zmanjšano zakasnitev motorja ter emisije, žarilne svečke za hitrejši zagon, krmilni ventili za izpušne pline za povečano pospeševanje in blazinice nihajne roke za plinske motorje za manjšo obrabo.
Elektronska industrija
Zaradi svojih izrazitih električnih lastnosti se v aplikacijah mikroelektronike silicijev nitrid vedno bolj uporablja kot izolator in kemična ovira pri proizvodnji integriranih vezij za varno pakiranje naprav. Silicijev nitrid se uporablja kot pasivacijska plast z visoko difuzijsko pregrado pred natrijevimi ioni in vodo, ki sta dva ključna vzroka korozije in nestabilnosti v mikroelektroniki. V kondenzatorjih za analogne naprave se snov uporablja tudi kot električni izolator med plastmi polisilicija.
Zaključek
Keramika iz silicijevega nitrida je uporabni material. Vsaka vrsta te keramike ima edinstvene lastnosti, zaradi katerih je uporabna v različnih sektorjih. Razumevanje številnih vrst keramike iz silicijevega nitrida olajša izbiro najboljše za določeno aplikacijo.
