Silikon ve nitrojenden oluşan metalik olmayan bir bileşik olan silikon nitrür (Si3N4), mekanik, termal ve elektriksel özelliklerin en uyumlu karışımına sahip gelişmiş bir seramik malzemedir. Ayrıca, diğer çoğu seramikle karşılaştırıldığında, mükemmel termal şok direnci sunan düşük termal genleşme katsayısına sahip yüksek performanslı bir seramiktir.
Özellikler
Düşük termal genleşme katsayısı nedeniyle, malzeme çok yüksek bir termal şok direncine ve iyi bir kırılma tokluğuna sahiptir. Si3N4 iş parçaları darbelere ve darbelere karşı dayanıklıdır. Bu iş parçaları, 1400 °C'ye kadar çalışma sıcaklıklarını tolere edebilir ve kimyasallara, aşındırıcı etkilere ve alüminyum gibi belirli erimiş metallerin yanı sıra asitlere ve alkali çözeltilere karşı dayanıklıdır. Diğer bir özelliği de düşük yoğunluğudur. Neredeyse alüminyum kadar hafif olan (2,7 g/cm3) 3,2 ila 3,3 g/cm3 gibi düşük bir yoğunluğa sahiptir ve maksimum bükülme direnci ≥900 MPa'dır.
Ayrıca Si3N4, aşınmaya karşı yüksek dirençle karakterize edilir ve çoğu metalin yüksek sıcaklık dayanımı ve sürünme direnci gibi yüksek sıcaklık özelliklerini aşar. Sürünme ve oksidasyon direncinin üstün bir karışımını sunar ve çoğu metalin yüksek sıcaklık kapasitesinden daha iyi performans gösterir. Düşük ısı iletkenliği ve güçlü aşınma direnci sayesinde en zorlu endüstriyel uygulamalarda en zorlu koşullara dayanabilir. Ayrıca silikon nitrür, yüksek sıcaklık ve yüksek yük kapasitesi gerektiğinde mükemmel bir seçenektir.
Özellikler
● Yüksek kırılma tokluğu
● İyi eğilme mukavemeti
● Son derece düşük yoğunluk
● İnanılmaz güçlü termal şok direnci
● Oksitleyici atmosferlerde yüksek çalışma sıcaklığı
Üretim yöntemi
Silisyum nitrür yapmak için kullanılan beş farklı işlem, biraz farklı çalışma malzemelerine ve uygulamalara yol açar.
SRBSN (reaksiyona bağlı silikon nitrür)
GPSN (gaz basıncı sinterlenmiş silikon nitrür)
HPSN (sıcak pres silikon nitrür)
HIP-SN (sıcak izostatik olarak preslenmiş silikon nitrür)
RBSN (reaksiyona bağlı silikon nitrür)
Bu beş arasında, GPSN en sık kullanılan üretim yöntemidir.
Uygulama örnekleri
Işık için Bilyalar ve Yuvarlanma Elemanları
Yüksek kırılma tokluğu ve iyi tribolojik özellikleri sayesinde silikon nitrür seramikler, hafif, son derece hassas yataklar, ağır hizmet tipi seramik şekillendirme aletleri ve yüksek gerilimli otomotiv bileşenleri için bilyeler ve yuvarlanma elemanları olarak kullanım için idealdir. Ek olarak, kaynak teknikleri, malzemelerin güçlü termal şok direncinden ve yüksek sıcaklık direncinden yararlanır.
Yüksek Sıcaklık Uygulamaları
Ayrıca, yüksek sıcaklık uygulamalarında uzun süredir kullanılmaktadır. Hidrojen/oksijen roket motorları tarafından üretilen aşırı termal şoka ve sıcaklık değişimlerine dayanabilen birkaç yekpare seramik malzemeden biri olması.
Otomotiv endüstrisi
Şu anda, silisyum nitrür malzemesi esas olarak otomotiv endüstrisinde, daha düşük atalet ve azaltılmış motor gecikmesi ve emisyonları için turboşarjlar, daha hızlı başlatma için kızdırma bujileri, daha fazla hızlanma için egzoz gazı kontrol valfleri ve aşınmayı azaltmak için gaz motorları için külbütör yastıkları gibi motor parçaları ve motor aksesuar üniteleri uygulamalarında kullanılmaktadır.
Elektronik endüstrisi
Farklı elektriksel özellikleri nedeniyle, mikroelektronik uygulamalarında silikon nitrür, cihazların güvenli bir şekilde paketlenmesi için entegre devrelerin üretiminde yalıtkan ve kimyasal bariyer olarak giderek daha fazla kullanılmaktadır. Silikon nitrür, mikroelektronikte korozyon ve kararsızlığın iki temel nedeni olan sodyum iyonlarına ve suya karşı yüksek difüzyon bariyerine sahip bir pasivasyon tabakası olarak kullanılır. Analog cihazlar için kapasitörlerde, bu madde polisilikon katmanlar arasında bir elektrik yalıtkanı olarak da kullanılır.
Çözüm
Silikon nitrür seramikler faydalı malzemelerdir. Bu seramiğin her türü, onu çeşitli sektörlerde kullanışlı kılan benzersiz özelliklere sahiptir. Silisyum nitrür seramiğin birçok çeşidini anlamak, belirli bir uygulama için en iyisini seçmeyi kolaylaştırır.
