Apa itu silikon nitrida
Silicon nitride (SI3N4) adalah senyawa kimia non -logam anorganik polikristalin berdasarkan sintesis silikon dan nitrogen, bahan keramik penting yang signifikan.
Silikon nitrida keramik menawarkan sifat mekanik, termal, listrik, dan kimia dari hampir semua keramik canggih dalam satu, terutama ketahanan guncangan termal yang sangat tinggi dan guncangan termal, serta ketahanan yang sangat keras dan keausan, menjadikannya keramik fungsional dan struktural yang fungsional dan struktural yang fungsional dan struktural yang fungsional dan struktural fungsional dan struktural Di banyak lingkungan yang keras dan menuntut industri berteknologi tinggi memiliki banyak aplikasi.
Keunggulan materi
※ Ketahanan dan dampak guncangan termal tinggi yang tidak terkalahkan
※ Suhu layanan tinggi yang luar biasa hingga 1300 ℃ di udara
※ Kekerasan superior dan ketahanan aus dengan gesekan rendah
※ Stabilitas kekuatan mekanik yang tinggi di bawah suhu tinggi
※ Kekuatan lentur tinggi dan ketangguhan fraktur tinggi
※ Kelelahan mekanik tinggi dan ketahanan creep
※ Ekspansi termal rendah mirip dengan chip SI
※ Insulasi listrik yang baik dan kekuatan dielektrik
※ kekakuan tinggi dan kekakuan tinggi
※ Kepadatan rendah dengan ringan dari kebanyakan logam
※ Stabilitas kimia yang sangat baik, korosi, dan resistensi erosi
Penggunaan dan Aplikasi
※ Elektronik: Insulator Listrik, Perangkat Semikonduktor Daya, Perangkat Tampilan Fotolektrik, dll.
※ Teknik Mesin: Alat pemotongan, bantalan bola presisi tinggi, bantalan rol, roda gigi, dll.
※ Medis: Implan gigi, prostesis sendi, perbaikan tulang belakang, implantasi sendi, biosensor dan perangkat diagnostik, sistem pengiriman drug, alat bedah mikro, perangkat medis implan, dll.
※ Bahan High-Temp: Ignitor Tungku, Tabung Pemanas, Liner Nozzle, Nozel Pengelasan Tig, Crucible Keramik, dll.
※ Industri Otomotif: Suku Cadang Mesin, Turbocharger, Sistem Pengereman, Sistem Kontrol Emisi, dll.
※ Aerospace: bilah turbin, lapisan keramik, film tipis keramik, instrumentasi penerbangan, aero engine lining, dll.
※ Bidang lain termasuk sel surya, katup, wajah segel, wafer keramik, substrat keramik disipasi panas, pin penentuan posisi las, pandu gelombang silikon nitrida, membran silikon nitrida, dll.
Sintesis nitrida silikon
Silikon nitrida terutama mencakup metode sintesis berikut sebagai bahan keramik sintetis.
※ Metode Nitriding Langsung
Bubuk silika dengan kemurnian tinggi ditempatkan di atmosfer nitrogen, dan reaksi kimianya dilakukan pada 1300 ° C ~ 1400 ° C untuk mendapatkan bubuk silikon nitrida. Formula kimianya adalah 3 Si + 2n2 → Si3N4.
※ Metode Deposisi Kimia (CVD)
Bahan baku utama metode ini adalah silikon tetraklorida, nitrogen murni, dan hidrogen, yang dicampur pada 1000 ° C ~ hingga 1200 ° C. Kemurnian nitriding yang diperoleh tinggi. Formula kimia (silikon nitrida cvd) (silikon nitrida) adalah 3sicl4 + 2n2 + 6h2 = si3n4 + 12hcl
※ SI (NH2) 4 Metode dekomposisi termal
Silikon tetraklorida dan amonia pertama kali digabungkan untuk membentuk Si (NH2) 4 dan HCl, dan kemudian Si (NH2) 4 dipenuhi untuk mendapatkan bubuk silikon nitrida.
Formula kimianya adalah SICL4 + 4NH3 → Si (NH2) 4 + 4HCL, 3SI (NH2) 4 （Pemanasan） → Si3N4 + 8NH3
※ Metode reduksi karbital
Ini adalah metode yang umum digunakan untuk menyiapkan bubuk silikon nitrida; Prinsip dasarnya adalah menggunakan karbon untuk mengurangi bubuk silikon dioksida dalam lingkungan nitrogen suhu tinggi untuk menyiapkan bubuk nitrida silikon.
Formula kimianya adalah: 3sio2 (s) + 6c (s) + 2n2 (g) = si3n4 (s) + 6co (g)
Metode Sol-Gel
Ini adalah proses canggih untuk produksi bubuk silikon nitrida. Metode sol-gel menggunakan sumber silikon yang sangat aktif sebagai prekursor, yang dicampur dalam fase cair untuk membentuk sol. Kemudian, bubuk silikon nitrida skala nano disiapkan dengan pengeringan dan sintering. Metode produksi ini menghasilkan bubuk nitrida silikon yang seragam dan berkualitas tinggi.
※ Metode propagasi diri
Metode sintesis ini menyalakan tubuh bubuk yang dicampur secara merata dengan bubuk silikon dan silikon nitrida melalui sumber pemanas eksternal. Ini menggunakan panas yang dilepaskan oleh reaksi mereka untuk disintesis lebih lanjut.
Metode sintesis di atas memiliki kelebihan dan kekurangan, dan dalam aplikasi praktis, pilihan akhir harus didasarkan pada persyaratan spesifik kinerja dan biaya produk.
Struktur kristal keramik Si3n4
Silicon nitride ceramics mainly include α-Si3N4 (alpha silicon nitride), β-Si3N4 (beta silicon nitride), and γ-Si3N4 (cubic silicon nitride)， refer to the following Figure 1. Alpha Silicon Nitride and Beta Silicon Nitride are the most umum.
Struktur kristal nitrida silikon
Dengan peningkatan suhu, fase kristal α-Si3N4 dikonversi menjadi β-Si3N4 pada 1400 ° C ~ 1800 ° C, tetapi metamorfosis ini tidak dapat diubah. Oleh karena itu, terjadinya transformasi fase bermanfaat bagi terjadinya α-Si3N4 dalam proses penggunaan suhu tinggi. Sebagai perbandingan, β-SI3N4 adalah bahan keramik stabil fase kristal dalam termodinamika.
SI3N4 Metode Persiapan Keramik
Menurut metode sintering yang berbeda, itu dapat dibagi menjadi nitrida silikon sintered tekanan gas,
Nitrida silikon sintering yang terikat reaksi, nitrida silikon sintering tanpa tekanan, dan nitrida silikon sintered yang ditekan panas. Berbagai jenis keramik silikon nitrida sintered memiliki morfologi butir yang berbeda, intergranular
Morfologi, porositas, dan morfologi pori, sehingga sifatnya sangat berbeda.
※ Nitrida silikon sintering terikat reaksi
Bubuk silikon nitrida pertama kali dicetak menjadi billet hijau yang konsisten dengan bentuk produk jadi dan kemudian dipotong sebelumnya dalam tungku atmosfer nitrogen. Billet hijau yang sudah dipecat memiliki kekuatan khusus, yang memungkinkannya untuk dikerjakan. Karena penyusutan bahan silikon nitrida minimal (<0,11%), kosong mesin sepenuhnya disinter untuk mendapatkan produk dengan struktur kompleks dan ukuran yang relatif tepat. Sintering reaksi adalah metode yang paling umum digunakan untuk menyiapkan keramik nitrida silikon.
※ Sintering tanpa tekanan
Metode sintering tanpa tekanan dilakukan dalam atmosfer nitrogen 1700 ° C ~ 1800 ° C pada tekanan atmosfer. Keramik nitrida silikon padat disiapkan dengan menggunakan dekomposisi
Reaksi bubuk silikon nitrida pada suhu tinggi. Keramik nitrida silikon yang disiapkan dengan metode ini memiliki kekuatan mekanik yang tinggi.
※ Tekanan gas sintering silikon nitrida
Sintering pneumatik umumnya dilakukan pada sekitar 2000 ° C, 1 ~ 10mpa. Bubuk silikon nitrida akan ditambahkan ke aditif sintering suhu tinggi seperti MGO dan Y2O3 untuk mempromosikan pertumbuhan butir silikon nitrida, dan produk keramik silikon nitrida dengan kemurnian yang lebih besar dari 99% dan ketangguhan tinggi dapat diperoleh.
※ Sintering Sintering Sintering Hot
Metode sintering yang menekan panas melibatkan penambahan sejumlah kecil bubuk silikon nitrida MgO, AL2O3, dan kemurnian tinggi di atas 1600 ° C dan 1916mpa. MGF2, Fe2O3, dan aditif sintering lainnya disinter untuk mendapatkan kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, dan keramik nitrida silikon dengan kepadatan tinggi.
Pikiran terakhir
With the further exploration and research of the mechanism and properties of silicon nitride ceramic materials, especially the improvement of silicon nitride powder preparation technology and the advent of large-scale equipment, It is foreseeable that silicon nitride ceramics will play a more critical role in various menuntut industri dan memiliki berbagai aplikasi yang lebih komprehensif.