Нітрид кремнію (Si3N4), неметалева сполука, що складається з кремнію та азоту, також є передовим керамічним матеріалом із найбільш адаптованим поєднанням механічних, термічних та електричних властивостей. Крім того, порівняно з більшістю іншої кераміки, це високоефективна кераміка з низьким коефіцієнтом теплового розширення, яка забезпечує чудову стійкість до теплового удару.
особливості
Завдяки низькому коефіцієнту теплового розширення матеріал має дуже високу стійкість до термічного удару та хорошу міцність на руйнування. Заготовки Si3N4 стійкі до ударів і ударів. Ці заготовки витримують робочу температуру до 1400 °C і стійкі до хімічних речовин, корозійних впливів і специфічних розплавлених металів, як-от алюміній, а також кислот і лугів. Ще одна особливість – низька щільність. Він має низьку щільність від 3,2 до 3,3 г/см3, що майже таке ж легке, як алюміній (2,7 г/см3), і його максимальна міцність на вигин ≥900 МПа.
Крім того, Si3N4 характеризується високою стійкістю до зношування та перевищує високотемпературні властивості більшості металів, такі як високотемпературна міцність і опір повзучості. Він забезпечує чудове поєднання стійкості до повзучості та окислення та перевершує здатність до високих температур більшості металів. Завдяки низькій теплопровідності та високій зносостійкості він може витримувати найсуворіші умови в найскладніших промислових застосуваннях. Крім того, нітрид кремнію є чудовим варіантом, коли потрібні високі температури та навантаження.
Властивості
● Висока в'язкість до руйнування
● Хороша міцність на вигин
● Надзвичайно низька щільність
● Неймовірна сильна стійкість до термічного удару
● Висока робоча температура в окисних атмосферах
Спосіб виробництва
П’ять різних процесів, які використовуються для отримання нітриду кремнію, призводять до дещо різних робочих матеріалів і застосувань.
SRBSN (реакційно зв’язаний нітрид кремнію)
GPSN (спечений нітрид кремнію під тиском газу)
HPSN (нітрид кремнію гарячого пресування)
HIP-SN (нітрид кремнію гарячого ізостатичного пресування)
RBSN (реакційно зв’язаний нітрид кремнію)
Серед цих п'яти GPSN є найбільш часто використовуваним методом виробництва.
Приклади застосування
Кулі та тіла кочення для світла
Завдяки високій в’язкості до руйнування та хорошим трибологічним властивостям кераміка з нітриду кремнію ідеально підходить для використання в якості кульок і тіл кочення для легких, надзвичайно точних підшипників, важких керамічних формовочних інструментів і високонавантажених автомобільних компонентів. Крім того, технології зварювання використовують міцну стійкість матеріалів до термічного удару та стійкість до високих температур.
Застосування при високих температурах
Крім того, він вже давно використовується в умовах високих температур. Той факт, що це один із небагатьох монолітних керамічних матеріалів, які можуть витримувати екстремальні термічні удари та градієнти температури, створювані воднево-кисневими ракетними двигунами.
Автомобільна промисловість
В даний час матеріал нітрид кремнію використовується в основному в автомобільній промисловості для деталей двигуна та аксесуарів до двигуна, таких як турбокомпресори для зниження інерції та зменшення затримки двигуна та викидів, свічки розжарювання для швидшого запуску, клапани регулювання вихлопних газів для збільшення прискорення та накладки коромисел для газових двигунів для зменшення зносу.
Електронна промисловість
Завдяки своїм відмінним електричним властивостям у мікроелектроніці нітрид кремнію все частіше використовується як ізолятор і хімічний бар’єр у виробництві інтегральних схем для безпечного пакування пристроїв. Нітрид кремнію використовується як пасивуючий шар із високим дифузійним бар’єром проти іонів натрію та води, які є двома ключовими причинами корозії та нестабільності в мікроелектроніці. У конденсаторах для аналогових пристроїв речовина також використовується як електричний ізолятор між шарами полікремнію.
Висновок
Кераміка з нітриду кремнію є корисним матеріалом. Кожен тип цієї кераміки має унікальні особливості, які роблять її корисною в різних секторах. Розуміння багатьох різновидів кераміки з нітриду кремнію дозволяє легко вибрати найкращу для певного застосування.
