Wat is siliciumnitride
Siliciumnitride (SI3N4) is een polykristallijne anorganische niet -metalen chemische verbinding op basis van silicium- en stikstofsynthese, een belangrijk belangrijk keramisch materiaal.
Keramiek van siliciumnitride biedt de mechanische, thermische, elektrische en chemische eigenschappen van bijna alle geavanceerde keramiek in één, vooral de ultrahoge thermische schokweerstand en thermische schok, evenals extreem harde en slijtvastheid, waardoor het een functioneel en structureel keramiek is In veel harde omgevingen en veeleisende hightech-industrieën hebben een breed scala aan toepassingen.
Materiële voordelen
※ Onverslagende hoge thermische schokweerstand en impact
※ Superb-hoge servicetemperatuur tot 1300 ℃ in de lucht
※ Superieure hardheid en slijtvastheid met lage branche
※ Hoge mechanische sterkte stabiliteit onder hoge temperatuur
※ Hoge buigsterkten en hoge fractuurstuwheid
※ Hoge mechanische vermoeidheid en kruipweerstand
※ Lage thermische expansiviteit vergelijkbaar met Si -chips
※ Goede elektrische isolatie en diëlektrische sterkte
※ Hoge stijfheid en hoge stijfheid
※ Lage dichtheid met lichtgewicht dan de meeste metalen
※ Uitstekende chemische stabiliteit, corrosie en erosiebestendigheid
Gebruik en toepassingen
※ Elektronica: elektrische isolatoren, Power Semiconductor -apparaten, foto -elektrische display -apparaten, enz.
※ Werktuigbouwkunde: snijgereedschap, zeer nauwkeurige kogellagers, rollagers, tandwielen, etc.
※ Medisch: tandheelkundige implantaten, gezamenlijke prothese, wervelkolomreparatie, gewrichtsimplantatie, biosensoren en diagnostische apparaten, drug leveringssystemen, microchirurgische hulpmiddelen, implanteerbare medische apparaten, enz.
※ Materialen met hoge temperatuur: ovenontsteker, verwarmingsbuizen, spuitmondvoeringen, TIG-lassenspuitjes, keramische smeltkroes, enz.
※ Auto -industrie: motoronderdelen, turbocompressor, remsysteem, emissiebesturingssysteem, enz.
※ Lucht- en ruimtevaart: turbinebladen, keramische coating, keramische dunne film, luchtvaartinstrumentatie, Aero -motor voering, enz.
※ Andere velden omvatten zonnecellen, kleppen, afdichtingen, keramische wafels, warmtedissipatie keramische substraten, laspositioneringspennen, siliciumnitride golfgeleiders, siliciumnitridemembranen, enz.
Siliciumnitride -synthese
Siliciumnitride bevat voornamelijk de volgende synthesemethoden als een synthetisch keramisch materiaal.
※ Directe nitridingsmethode
Hoog zuiver silicagoeder wordt in een stikstofatmosfeer geplaatst en de chemische reactie wordt uitgevoerd bij 1300 ° C ~ 1400 ° C om siliciumnitridepoeder te verkrijgen. De chemische formule is 3 SI + 2N2 → SI3N4.
※ Chemische afzettingsmethode (CVD)
De primaire grondstoffen van deze methode zijn siliciumtetrachloride, zuivere stikstof en waterstof, die worden gemengd bij 1000 ° C ~ tot 1200 ° C. De verkregen zuiverheid van nitriden is hoog. Zijn (silicium nitride cvd) chemische formule is 3sicl4 + 2n2 + 6h2 = si3n4 + 12hcl
※ Si (NH2) 4 thermische ontledingsmethode
Siliciumtetrachloride en ammoniak worden eerst gecombineerd om Si (NH2) 4 en HCl te vormen, en vervolgens wordt Si (NH2) 4 gepyrolyseerd om siliciumnitridepoeder te verkrijgen.
De chemische formule is SICL4 + 4NH3 → Si (NH2) 4 + 4HCl, 3Si (NH2) 4 （Verwarming） → SI3N4 + 8NH3
※ METHODE METHODE
Het is een veelgebruikte methode voor het bereiden van siliciumnitridepoeder; Het basisprincipe is om koolstof te gebruiken om siliciumdioxidepoeder te verminderen in een stikstofomgeving op hoge temperatuur om siliciumnitridepoeder te bereiden.
De chemische formule is: 3SiO2 (s) + 6c (s) + 2n2 (g) = Si3n4 (s) + 6co (g)
※ Sol-gelmethode
Dit is een geavanceerd proces voor de productie van siliciumnitridepoeder. De SOL-gelmethode gebruikt een zeer actieve siliciumbron als een voorloper, die in de vloeibare fase wordt gemengd om een SOL te vormen. Vervolgens wordt siliciumnitridepoeder op nanoschaal bereid door drogen en sinteren. Deze productiemethode resulteert in uniform, hoogwaardig siliciumnitridepoeder.
※ Zelfpropagatiemethode
Deze synthesemethode ontsteekt het poederlichaam gelijkmatig gemengd met siliciumpoeder en siliciumnitride door een externe verwarmingsbron. Het gebruikt de warmte die wordt vrijgegeven door hun reactie om verder te synthetiseren.
De bovenstaande synthesemethoden hebben voor- en nadelen, en in praktische toepassingen moet de uiteindelijke keuze gebaseerd zijn op de specifieke vereisten van productprestaties en kosten.
SI3N4 keramische kristalstructuur
Siliciumnitride-keramiek omvat voornamelijk α-Si3N4 (alfa siliciumnitride), β-Si3N4 (bèta siliciumnitride) en γ-Si3N4 (kubus siliciumnitride), zie het volgende figuur 1. Alfa-siliciumnitride en bèta-silicon zijn het meest gewoon.
Siliconen nitride kristalstructuren
Met de temperatuurstijging wordt de kristallijne fase van a-Si3N4 omgezet in β-Si3N4 bij 1400 ° C ~ 1800 ° C, maar deze metamorfose is onomkeerbaar. Daarom is het optreden van fasetransformatie gunstig voor het optreden van a-Si3N4 in het proces van gebruikte gebruik van hoge temperatuur. Ter vergelijking: β-Si3N4 is een kristallijne fase stabiel keramisch materiaal in thermodynamica.
SI3N4 -keramische voorbereidingsmethoden
Volgens verschillende sintering-methoden kan het worden onderverdeeld in gasdruk gesinterde siliciumnitride,
Reactiegebonden sinteren siliciumnitride, drukloze sinteren siliciumnitride en heet geperste gesinterde siliciumnitride. Verschillende soorten gesinterde siliciumnitride -keramiek hebben verschillende korrelmorfologie, intergranulair
Morfologie, porositeit en poriënmorfologie, dus hun eigenschappen zijn heel anders.
※ Reactief gebonden sinteren siliciumnitride
Het siliciumnitridepoeder wordt eerst gevormd in een groene biljet die consistent is met de vorm van het eindproduct en vervolgens voorgeslacht in een stikstofatmosfeeroven. De voorgestookte groene billet heeft een specifieke sterkte, waardoor deze kan worden bewerkt. Omdat de krimp van siliciumnitridemateriaal minimaal is (<0,11%), wordt de bewerkte blanco volledig gesinterd om een product met complexe structuren en relatief precieze grootte te verkrijgen. Reactie sintering is de meest gebruikte methode voor het bereiden van siliciumnitride -keramiek.
※ Drukloos sinteren
De drukloze sintermethode wordt uitgevoerd in een stikstofatmosfeer van 1700 ° C ~ 1800 ° C bij atmosferische druk. Het dichte siliciumnitride -keramiek wordt bereid met behulp van de ontleding
Reactie van siliciumnitridepoeder bij hoge temperaturen. Het siliciumnitride -keramiek bereid door deze methode heeft een hoge mechanische sterkte.
※ Gasdruk sinteren siliciumnitride
Pneumatische sintering wordt over het algemeen uitgevoerd bij ongeveer 2000 ° C, 1 ~ 10MPa. Siliciumnitridepoeder zal worden toegevoegd aan de sintitieven van hoge temperatuur, zoals MGO en Y2O3 om de korrelgroei van siliciumnitride en siliciumnitride keramische producten met zuiverheid groter dan 99% te bevorderen en hoge taaiheid kan worden verkregen.
※ hete geperste sinters siliciumnitride
De hot-presserende sintermethode omvat het toevoegen van een kleine hoeveelheid MGO, Al2O3 en hoog zuiver siliciumnitridepoeder boven 1600 ° C en 1916MPa. MGF2, FE2O3 en andere sintering additieven worden gesinterd om hoge sterkte, hoge hardheid en siliciumnitride-keramiek met hoge dichtheid te verkrijgen.
Laatste gedachten
Met het verdere onderzoek en onderzoek van het mechanisme en eigenschappen van siliciumnitride-keramische materialen, met name de verbetering van de voorbereidingstechnologie van siliciumnitride poeder en de komst van grootschalige apparatuur, is het te voorzien dat siliciumnitride-keramiek een meer kritische rol zal spelen in verschillende rol eisende industrieën en een uitgebreider scala aan toepassingen hebben.