Τι είναι το νιτρίδιο του πυριτίου
Το νιτρίδιο του πυριτίου (SI3N4) είναι μια πολυκρυσταλλική ανόργανη μη μεταλλική χημική ένωση που βασίζεται σε σύνθεση πυριτίου και αζώτου, ένα σημαντικό σημαντικό κεραμικό υλικό.
Το κεραμικό νιτριδίου πυριτίου προσφέρει τις μηχανικές, θερμικές, ηλεκτρικές και χημικές ιδιότητες σχεδόν όλων των προηγμένων κεραμικών σε ένα, ειδικά την εξαιρετικά υψηλή αντοχή του θερμικού σοκ και το θερμικό σοκ, καθώς και εξαιρετικά σκληρή και αντοχή στη φθορά, καθιστώντας την λειτουργική και δομική κεραμική Σε πολλά σκληρά περιβάλλοντα και απαιτητικές βιομηχανίες υψηλής τεχνολογίας έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.
Υλικά πλεονεκτήματα
※ Ανόητη υψηλή αντοχή σε θερμικό σοκ και αντίκτυπο
※ Εξαιρετική θερμοκρασία εξυπηρέτησης σε 1300 ℃ στον αέρα
※ Ανώτερη σκληρότητα και αντίσταση φθοράς με χαμηλή τριβή
※ Σταθερότητα υψηλής μηχανικής αντοχής υπό υψηλή θερμοκρασία
※ Υψηλές αντοχές κάμψης και υψηλή σκληρότητα κατάγματος
※ Υψηλή μηχανική κόπωση και αντίσταση ερπυσμού
※ Χαμηλή θερμική εκστασιμότητα παρόμοια με τα τσιπ Si
※ Καλή ηλεκτρική μόνωση και διηλεκτρική αντοχή
※ Υψηλή ακαμψία και υψηλή ακαμψία
※ Χαμηλή πυκνότητα με ελαφρύ από τα περισσότερα μέταλλα
※ Εξαιρετική χημική σταθερότητα, διάβρωση και αντίσταση διάβρωσης
Χρήσεις και εφαρμογές
※ Electronics: ηλεκτρικοί μονωτήρες, συσκευές ημιαγωγών ισχύος, συσκευές φωτοηλεκτρικής οθόνης κ.λπ.
※ Μηχανολογία: Εργαλεία κοπής, ρουλεμάν υψηλής ακρίβειας, ρουλεμάν κυλίνδρων, τροχοί εργαλείων κ.λπ.
※ Ιατρική: Οδοντιατρικά εμφυτεύματα, κοινή προσθήκη, επισκευή σπονδυλικής στήλης, εμφύτευση άρθρωσης, βιοαισθητήρες και διαγνωστικές συσκευές, συστήματα παράδοσης Drug, μικροχειρουργικά εργαλεία, εμφυτεύσιμα ιατρικά προϊόντα κ.λπ.
※ Υλικά υψηλής θερμοκρασίας: αγγεία του κλιβάνου, σωλήνες θερμαντήρα, επενδύσεις ακροφυσίων, ακροφύσια συγκόλλησης TIG, κεραμικό χωνευτήριο κ.λπ.
※ Βιομηχανία αυτοκινήτων: εξαρτήματα κινητήρα, στροβιλοσυμπιεστή, σύστημα πέδησης, σύστημα ελέγχου εκπομπών κ.λπ.
※ Αεροδιαστημική: λεπίδες στροβίλου, κεραμική επίστρωση, κεραμική λεπτή μεμβράνη, όργανα αεροπορίας, επένδυση κινητήρα aero κ.λπ.
※ Άλλα πεδία περιλαμβάνουν ηλιακά κύτταρα, βαλβίδες, όψεις σφραγίδας, κεραμικά πλακίδια, κεραμικά υποστρώματα διάχυσης θερμότητας, καρφίτσες συγκόλλησης, κυματοδηγοί νιτριδίου πυριτίου, μεμβράνες νιτριδίου πυριτίου κ.λπ.
Σύνθεση νιτριδίου πυριτίου
Το νιτρίδιο του πυριτίου περιλαμβάνει κυρίως τις ακόλουθες μεθόδους σύνθεσης ως συνθετικό κεραμικό υλικό.
※ Direct Nitriding Method
Η σκόνη πυριτίου υψηλής καθαρότητας τοποθετείται σε ατμόσφαιρα αζώτου και η χημική αντίδραση διεξάγεται στους 1300 ° C ~ 1400 ° C για να ληφθεί σκόνη νιτριδίου πυριτίου. Ο χημικός τύπος του είναι 3 SI + 2N2 → SI3N4.
※ Μέθοδος χημικής εναπόθεσης (CVD)
Οι πρώτες πρώτες ύλες αυτής της μεθόδου είναι το τετραχλωρίδιο πυριτίου, το καθαρό άζωτο και το υδρογόνο, τα οποία αναμειγνύονται στους 1000 ° C έως 1200 ° C. Η καθαρότητα της νιτρίδης που λαμβάνεται είναι υψηλή. Ο χημικός τύπος (CVD του πυριτίου) είναι 3SICL4 + 2N2 + 6H2 = SI3N4 + 12HCL
※ SI (NH2) 4 Μέθοδος θερμικής αποσύνθεσης
Το τετραχλωρίδιο και η αμμωνία του πυριτίου συνδυάζονται για πρώτη φορά για να σχηματίσουν Si (NH2) 4 και HCl, και στη συνέχεια Si (NH2) 4 είναι πυολυμένο για να αποκτήσει σκόνη νιτριδίου πυριτίου.
Ο χημικός τύπος του είναι SICL4 + 4NH3 → SI (NH2) 4 + 4HCL, 3SI (NH2) 4 (θέρμανση) → SI3N4 + 8NH3
※ Μέθοδος μείωσης άνθρακα
Είναι μια συνηθισμένη μέθοδος για την παρασκευή σκόνης νιτριδίου πυριτίου. Η βασική αρχή είναι να χρησιμοποιηθεί ο άνθρακας για τη μείωση της σκόνης διοξειδίου του πυριτίου σε ένα περιβάλλον αζώτου υψηλής θερμοκρασίας για την παρασκευή σκόνης νιτριδίου πυριτίου.
Ο χημικός τύπος του είναι: 3SiO2 (s) + 6c (s) + 2n2 (g) = si3n4 (s) + 6co (g)
※ Μέθοδος Sol-Gel
Αυτή είναι μια προηγμένη διαδικασία για την παραγωγή σκόνης νιτριδίου πυριτίου. Η μέθοδος Sol-Gel χρησιμοποιεί μια εξαιρετικά ενεργή πηγή πυριτίου ως πρόδρομο, ο οποίος αναμειγνύεται στην υγρή φάση για να σχηματίσει ένα SOL. Στη συνέχεια, η σκόνη νιτριδίου πυριτίου νανο-κλίμακα παρασκευάζεται με ξήρανση και πυροσυσσωμάτωση. Αυτή η μέθοδος παραγωγής οδηγεί σε ομοιόμορφη, υψηλής ποιότητας σκόνη νιτριδίου πυριτίου.
※ Μέθοδος αυτοπροβολής
Αυτή η μέθοδος σύνθεσης ανακαλύπτει το σώμα της σκόνης ομοιόμορφα αναμεμειγμένο με σκόνη πυριτίου και νιτρίδιο πυριτίου μέσω μιας εξωτερικής πηγής θέρμανσης. Χρησιμοποιεί τη θερμότητα που απελευθερώνεται από την αντίδρασή τους για να συνθέσει περαιτέρω.
Οι παραπάνω μέθοδοι σύνθεσης έχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και σε πρακτικές εφαρμογές, η τελική επιλογή πρέπει να βασίζεται στις συγκεκριμένες απαιτήσεις της απόδοσης και του κόστους του προϊόντος.
Κεραμική κρυσταλλική δομή SI3N4
Τα κεραμικά νιτριδίου πυριτίου περιλαμβάνουν κυρίως α-Si3N4 (νιτριδάτα άλφα σιλικόνων), β-Si3N4 (νιτρικό βήτα πυριτίου) και γ-Si3N4 (νιτρίδιο πυριτίου κυβικού πυριτίου), ανατρέξτε στο ακόλουθο σχήμα 1. κοινός.
Κρυσταλλικές δομές νιτριδίου
Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η κρυσταλλική φάση του α-Si3N4 μετατρέπεται σε β-Si3N4 στους 1400 ° C ~ 1800 ° C, αλλά αυτή η μεταμόρφωση είναι μη αναστρέψιμη. Επομένως, η εμφάνιση του μετασχηματισμού φάσης είναι ευεργετική για την εμφάνιση α-SI3N4 στη διαδικασία χρήσης υψηλής θερμοκρασίας. Σε σύγκριση, το β-Si3N4 είναι ένα σταθερό κεραμικό υλικό κρυσταλλικής φάσης στη θερμοδυναμική.
Μεθόδους κεραμικής προετοιμασίας SI3N4
Σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους πυροσυσσωμάτωσης, μπορεί να χωριστεί σε πυροσυσσωματωμένο αέρια νιτρίδιο πυριτίου,
Το νιτρίδιο πυριτίου που συνδέεται με την αντίδραση, το νιτρίδιο πυριτίου χωρίς πίεση και το ζεστό πυροσυσσωματωμένο νιτρίδιο πυριτίου. Διαφορετικοί τύποι πυροσυσσωρευμένων κεραμικών νιτριδίου πυριτίου έχουν διαφορετική μορφολογία κόκκων, ενδοκοκκυλική
Η μορφολογία, το πορώδες και η μορφολογία των πόρων, έτσι οι ιδιότητές τους είναι πολύ διαφορετικές.
※ Νιτρίδιο πυριτίου που συνδέεται με αντίδραση
Η σκόνη νιτριδίου πυριτίου χυτεύεται για πρώτη φορά σε ένα πράσινο μπάρμπεκιου που είναι σύμφωνο με το σχήμα του τελικού προϊόντος και στη συνέχεια προ-καυτή σε ατμόσφαιρα αζώτου. Το Πράσινο Πράσινο Billet έχει μια συγκεκριμένη δύναμη, η οποία επιτρέπει να επεξεργαστεί. Επειδή η συρρίκνωση του υλικού νιτριδίου του πυριτίου είναι ελάχιστη (<0,11%), το επεξεργασμένο κενό είναι εντελώς πυροσυσσωμάτω για να αποκτήσει ένα προϊόν με σύνθετες δομές και σχετικά ακριβές μέγεθος. Η συσσώρευση αντίδρασης είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος για την παρασκευή κεραμικών νιτριδίου πυριτίου.
※ Ανεξαρτησία χωρίς πίεση
Η μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης χωρίς πίεση πραγματοποιείται σε ατμόσφαιρα αζώτου των 1700 ° C ~ 1800 ° C σε ατμοσφαιρική πίεση. Τα πυκνά κεραμικά νιτριδίου πυριτίου παρασκευάζονται χρησιμοποιώντας την αποσύνθεση
Αντίδραση σκόνης νιτριδίου πυριτίου σε υψηλές θερμοκρασίες. Τα κεραμικά νιτριδίου πυριτίου που παρασκευάζονται με αυτή τη μέθοδο έχουν υψηλή μηχανική αντοχή.
※ Νιτρίδιο πυριτίου αερίου
Η πνευματική συσσώρευση πραγματοποιείται γενικά στους περίπου 2000 ° C, 1 ~ 10MPa. Η σκόνη νιτριδίου πυριτίου θα προστεθεί στα πρόσθετα πυροσυσσωμάτωσης υψηλής θερμοκρασίας, όπως το MGO και το Y2O3 για την προώθηση της ανάπτυξης των σιτηρών του νιτριδίου πυριτίου και των κεραμικών προϊόντων νιτριδίου πυριτίου με καθαρότητα μεγαλύτερη από 99% και υψηλής αντοχής.
※ ζεστό πιεσμένο νιτρίδιο πυριτίου
Η μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης με θερμή πίεση περιλαμβάνει την προσθήκη μιας μικρής ποσότητας σκόνης νιτριδίου πυριτίου υψηλής καθαρότητας πάνω από 1600 ° C και 1916MPa. Το MGF2, το Fe2O3 και άλλα πρόσθετα πυροσυσσωμάτωσης είναι πυροσυσσωρευμένα για να αποκτήσουν υψηλή αντοχή, υψηλή σκληρότητα και κεραμικά νιτρικού πυριτίου υψηλής πυκνότητας.
Τελικές σκέψεις
Με την περαιτέρω εξερεύνηση και έρευνα του μηχανισμού και των ιδιοτήτων των κεραμικών υλικών νιτριδίου πυριτίου, ειδικά της βελτίωσης της τεχνολογίας παρασκευής σκόνης νιτριδίου πυριτίου και της εμφάνισης εξοπλισμού μεγάλης κλίμακας, είναι προβλέψιμο ότι τα κεραμικά νιτριδίου πυριτίου θα διαδραματίσουν πιο κρίσιμο ρόλο σε διάφορα απαιτητικές βιομηχανίες και έχουν ένα πιο ολοκληρωμένο φάσμα εφαρμογών.