硝化シリコンとは何ですか
窒化シリコン（SI3N4）は、シリコンと窒素合成に基づいた多結晶無機非金属化合物であり、重要な重要なセラミック材料です。
窒化シリコンセラミックは、ほぼすべての高度なセラミックの機械的、熱、電気、および化学的特性、特にその超高温衝撃耐性と熱ショック、および非常に硬く耐摩耗性を提供するため、機能的および構造的なセラミシックになります。多くの過酷な環境や厳しいハイテク産業には、さまざまなアプリケーションがあります。
物質的な利点
beative無敵の熱衝撃耐性と衝撃
siry空気中の1300から最高のサービス温度
dolciond低摩擦による優れた硬度と耐摩耗性
high温度下での高機械強度の安定性
codal高い曲げ強度と高骨折の靭性
creat機の高い機械的疲労とクリープ抵抗
siチップと同様の低熱拡張性
※断熱性と誘電体強度
※剛性が高く、剛性が高い
corseほとんどの金属よりも軽量の低密度
celmual優れた化学物質の安定性、腐食、および侵食抵抗
用途とアプリケーション
※エレクトロニクス：電気絶縁体、電源半導体デバイス、光電子ディスプレイデバイスなど。
※機械工学：切削工具、高精度のボールベアリング、ローラーベアリング、ギアホイールなど。
医療：歯科インプラント、ジョイントプロテーゼ、脊椎修復、関節移植、バイオセンサーおよび診断装置、drug配信システム、微小外科的ツール、埋め込み可能な医療機器など
high -TEMP材料：炉イグナイター、ヒーターチューブ、ノズルライナー、ティグ溶接ノズル、セラミックるつぼなど。
※自動車産業：エンジン部品、ターボチャージャー、ブレーキシステム、排出制御システムなど。
aeroseerospace ：タービンブレード、セラミックコーティング、セラミック薄膜、航空計装、 aeroエンジンライニングなど。
他のフィールドには、太陽電池、バルブ、シール面、セラミックウェーハ、熱散逸セラミック基板、溶接位置決めピン、窒化シリコン波動管、窒化シリコン膜などが含まれます。
窒化シリコン合成
窒化シリコンには、主に合成セラミック材料としての次の合成方法が含まれています。
direct直接ニトリング方法
高純度のシリカ粉末は窒素雰囲気に配置され、化学反応は1300°C〜1400°Cで実行され、窒化シリコン粉末が得られます。その化学式は3 Si + 2N2→Si3N4です。
※化学堆積方法（CVD）
この方法の主要な原材料は、四塩化シリコン、純粋な窒素、および水素であり、1000°C〜1200°Cで混合されています。得られたニトリッドの純度は高いです。その（窒化シリコンCVD）化学式は3SICL4 + 2N2 + 6H2 = SI3N4 + 12HCLです
※ SI（NH2）4熱分解法
四塩化シリコンとアンモニアを組み合わせてSi（NH2）4とHClを形成し、次にSi（NH2）4を熱分解して窒化シリコン粉末を取得します。
その化学式はSICL4 + 4NH3→SI（NH2）4 + 4HCL、3SI（NH2）4（加熱→SI3N4 + 8NH3です
carbon炭素還元方法
これは、窒化シリコン粉末を準備するための一般的に使用される方法です。基本原理は、炭素を使用して高温窒素環境での二酸化シリコン粉末を縮小して、窒素シリコン粉末を調製することです。
その化学式は次のとおりです。3Sio2（s） + 6c（s） + 2n2（g）= si3n4（s） + 6co（g）
sol -gelメソッド
これは、窒化シリコン粉末の生産のための高度なプロセスです。ゾルゲル法は、非常に活性なシリコンソースを前駆体として使用します。これは液相で混合してゾルを形成します。次に、ナノスケールの窒化シリコン粉末は、乾燥と焼結によって調製されます。この生産方法は、均一で高品質の窒化シリコン粉末をもたらします。
※自己伝播方法
この合成方法は、外部加熱源を介してシリコンパウダーと窒化シリコンと均等に混合した粉末体を点火します。反応によって放出される熱を使用して、さらに合成します。
上記の合成方法には利点と短所があり、実際のアプリケーションでは、最終的な選択は製品のパフォーマンスとコストの特定の要件に基づいている必要があります。
SI3N4セラミック結晶構造
窒化シリコンセラミックには、主にα-Si3N4（アルファシリコン窒化物）、β-Si3N4（ベータシリコン窒化物）、およびγ-SI3N4（cubicシリコンシリコンニトリド）が含まれます。次の図1を参照してください。一般。
窒化シリコン結晶構造
温度が上昇すると、α-Si3N4の結晶相は1400°C〜1800°Cでβ-Si3N4に変換されますが、この変態は不可逆的です。したがって、位相変換の発生は、高温使用の過程でα-Si3N4の発生に有益です。それに比べて、β-Si3N4は熱力学における結晶相安定セラミック材料です。
SI3N4セラミック調製方法
異なる焼結方法によれば、それはガス圧力焼結硝化シリコンに分けることができます、
反応結合焼結窒化シリコン、窒化シリコンシリコンシリコン、および熱いプレス焼結亜硝化。さまざまな種類の焼結窒化シリコンセラミックは、粒間の異なる穀物の形態を持っています。
形態、多孔性、および細孔形態学なので、それらの特性は非常に異なります。
※反応結合焼結窒化シリコン
窒化シリコンパウダーは、最初に完成品の形状と一致し、窒素雰囲気の炉で事前に発射される緑のビレットに成形されています。事前に発射されたグリーンビレットには特定の強度があり、機械加工できます。窒化シリコン材料の収縮は最小限であるため（<0.11％）、機械加工された空白は完全に焼結し、複雑な構造と比較的正確なサイズの製品を取得します。反応焼結は、窒化シリコンセラミックを調製するために最も一般的に使用される方法です。
pressure毛のない焼結
圧力のない焼結方法は、大気圧で1700°C〜1800°Cの窒素大気で行われます。濃密な窒化シリコンセラミックは、分解を使用して準備されています
高温での窒化シリコン粉末の反応。この方法で調製された窒化シリコンセラミックは、機械的強度が高くなっています。
※窒化シリコンシリコンを焼くガス圧力
空気圧焼結は、一般に約2000°C、1〜10mpaで行われます。窒化シリコン粉末は、MGOやY2O3などの高温焼結添加剤に加えて、窒化シリコンの穀物成長を促進し、純度が99％を超えた窒化シリコンセラミック製品を促進し、高靭性を得ることができます。
hot窒化シリコンシリコンシリコンを押した熱いプレス
ホットプレス焼結方法には、1600°Cおよび1916MPaを超える少量のMGO、Al2O3、および高純度の窒化シリコンパウダーを追加することが含まれます。 MGF2、Fe2O3、およびその他の焼結添加剤は、高強度、高硬度、および高密度窒化シリコンセラミックを得るために焼結します。
最終的な考え
窒化シリコンセラミック材料のメカニズムと特性のさらなる調査と研究、特に窒化シリコン粉末準備技術の改善と大規模な機器の出現により、窒化シリコンセラミックがさまざまな役割を果たしていることは予見可能です。産業を要求し、より包括的な範囲のアプリケーションを持っています。