Một hợp chất phi kim loại bao gồm silicon và nitơ, silicon nitride (Si3N4) cũng là một vật liệu gốm cao cấp với sự kết hợp dễ thích ứng nhất giữa các đặc tính cơ, nhiệt và điện. Ngoài ra, so với hầu hết các loại gốm khác, đây là loại gốm hiệu suất cao với hệ số giãn nở nhiệt thấp mang lại khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời.
Đặc trưng
Do hệ số giãn nở nhiệt thấp, vật liệu này có khả năng chống sốc nhiệt rất cao và độ bền gãy tốt. Các phôi Si3N4 có khả năng chống va đập và va đập. Những phôi này có thể chịu được nhiệt độ hoạt động lên đến 1400 °C và kháng hóa chất, tác động ăn mòn và các kim loại nóng chảy cụ thể như nhôm, cũng như axit và dung dịch kiềm. Một tính năng khác là mật độ thấp của nó. Nó có mật độ thấp từ 3,2 đến 3,3 g/cm3, nhẹ gần bằng nhôm (2,7 g/cm3) và có độ bền uốn tối đa ≥900 MPa.
Ngoài ra, Si3N4 được đặc trưng bởi khả năng chống mài mòn cao và vượt quá các đặc tính ở nhiệt độ cao của hầu hết các kim loại, chẳng hạn như độ bền ở nhiệt độ cao và khả năng chống rão. Nó mang đến sự kết hợp vượt trội giữa khả năng chống rão và oxy hóa, đồng thời vượt trội hơn khả năng chịu nhiệt độ cao của phần lớn các kim loại. Nhờ khả năng dẫn nhiệt thấp và khả năng chống mài mòn cao, nó có thể chịu được những điều kiện khắc nghiệt nhất trong các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khắt khe nhất. Ngoài ra, silicon nitride là một lựa chọn tuyệt vời khi cần có khả năng chịu tải cao và nhiệt độ cao.
Của cải
● Độ bền đứt gãy cao
● Độ bền uốn tốt
● Mật độ cực thấp
● Khả năng chống sốc nhiệt mạnh đáng kinh ngạc
● Nhiệt độ làm việc cao trong môi trường oxy hóa
Phương pháp sản xuât
Năm quy trình khác nhau được sử dụng để tạo ra silicon nitride—dẫn đến các ứng dụng và vật liệu làm việc hơi khác nhau.
SRBSN (silicon nitrua liên kết phản ứng)
GPSN (silic nitrua thiêu kết áp suất khí)
HPSN (silicon nitrua ép nóng)
HIP-SN (silicon nitrua ép đẳng tĩnh nóng)
RBSN (silicon nitrua liên kết phản ứng)
Trong số năm phương pháp này, GPSN là phương pháp sản xuất thường được sử dụng nhất.
Ví dụ ứng dụng
Bóng và các yếu tố lăn cho ánh sáng
Do độ bền đứt gãy lớn và các đặc tính ma sát tốt, gốm silicon nitride rất phù hợp để sử dụng làm bi và các bộ phận lăn cho các ổ trục nhẹ, cực kỳ chính xác, các công cụ tạo hình gốm nặng và các bộ phận ô tô chịu ứng suất cao. Ngoài ra, các kỹ thuật hàn sử dụng khả năng chống sốc nhiệt mạnh và khả năng chịu nhiệt độ cao của vật liệu.
Ứng dụng nhiệt độ cao
Bên cạnh đó, nó từ lâu đã được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Thực tế rằng nó là một trong số ít vật liệu gốm nguyên khối có thể chịu được sốc nhiệt cực mạnh và chênh lệch nhiệt độ do động cơ tên lửa hydro/oxy tạo ra.
Công nghiệp ô tô
Hiện tại, vật liệu silicon nitride được sử dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp ô tô trong các ứng dụng cho các bộ phận động cơ và bộ phận phụ kiện động cơ, chẳng hạn như bộ tăng áp để giảm quán tính và giảm độ trễ cũng như lượng khí thải của động cơ, phích cắm phát sáng để khởi động nhanh hơn, van kiểm soát khí thải để tăng khả năng tăng tốc và miếng đệm cánh tay đòn cho động cơ xăng để giảm mài mòn.
Công nghiệp điện tử
Do các đặc tính điện khác biệt của nó, trong các ứng dụng vi điện tử, silicon nitride ngày càng được sử dụng làm chất cách điện và rào cản hóa học trong sản xuất mạch tích hợp để đóng gói thiết bị an toàn. Silicon nitride được sử dụng làm lớp thụ động với hàng rào khuếch tán cao chống lại các ion natri và nước, đây là hai nguyên nhân chính gây ra sự ăn mòn và mất ổn định trong vi điện tử. Trong các tụ điện dành cho thiết bị tương tự, chất này cũng được sử dụng làm chất cách điện giữa các lớp polysilicon.
Phần kết luận
Gốm silicon nitride là vật liệu tiện ích. Mỗi loại đồ gốm này có những tính năng độc đáo giúp nó trở nên hữu ích trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hiểu được nhiều loại gốm silicon nitride giúp bạn dễ dàng chọn loại tốt nhất cho một ứng dụng nhất định.
