Co to jest azotek krzemu
Azotek krzemu (SI3N4) to polikrystaliczny nieorganiczny niemetaliczny związek chemiczny oparty na syntezie krzemu i azotu, ważnym ważnym materiałem ceramicznym.
Ceramika azotku krzemu oferuje właściwości mechaniczne, termiczne, elektryczne i chemiczne prawie wszystkich zaawansowanej ceramiki w jednej, zwłaszcza jej ultra-wysokiej odporności na wstrząsy termiczne i wstrząsy termiczne, a także wyjątkowo twarda i zużycia, co czyni ją funkcjonalną i strukturalną ceramiczną ceramiczną W wielu trudnych środowiskach i wymagających branż zaawansowanych technologii mają szeroki zakres zastosowań.
Materialne zalety
※ Niezwykalna wysoka odporność na wstrząsy termiczne i uderzenie
※ Znakomita temperatura usługi do 1300 ℃ w powietrzu
※ Najwyższa twardość i odporność na zużycie z niskim frykcją
※ Wysoka stabilność wytrzymałości mechanicznej w wysokiej temperaturze
※ Wysokie mocne strony zginające i wysoka wytrzymałość złamań
※ Wysoka zmęczenie mechaniczne i odporność na pełzanie
※ Niska ekspansywność cieplna podobna do układów SI
※ Dobra izolacja elektryczna i wytrzymałość dielektryczna
※ Wysoka sztywność i wysoka sztywność
※ Niska gęstość z lekką niż większość metali
※ Doskonała stabilność chemiczna, korozja i odporność na erozję
Zastosowania i aplikacje
※ Elektronika: izolatory elektryczne, urządzenia półprzewodników mocy, fotoelektryczne urządzenia wyświetlające itp.
※ Inżynieria mechaniczna: narzędzia tnące, bardzo precyzyjne łożyska kulkowe, łożyska rolkowe, koła zębate itp.
※ Medyczne: implanty dentystyczne, protezy wspólna, naprawa kręgosłupa, implantacja wspólne, bioczujniki i urządzenia diagnostyczne, systemy dostarczania Drug, narzędzia mikrochirurgiczne, wszczepialne urządzenia medyczne itp.
※ Materiały o wysokim tempie: zapłon pieca, rurki grzejne, wkładki dyszy, dysze spawalnicze Tig, Ceramic Crucible itp.
※ Przemysł motoryzacyjny: części silnika, turbosprężarka, układ hamulcowy, system kontroli emisji itp.
※ Aerospace: Ostrza turbinowe, powłoka ceramiczna, cienka ceramiczna folia, oprzyrządowanie lotnicze, podszewka silnika aero itp.
※ Inne pola obejmują ogniwa słoneczne, zawory, twarze uszczelnień, wafle ceramiczne, substraty ceramiczne rozpraszania ciepła, szpilki do pozycjonowania spoin, falowody azotku krzemu, membrany azotku krzemu itp.
Synteza azotku krzemu
Azotek krzemu zawiera głównie następujące metody syntezy jako syntetyczny materiał ceramiczny.
※ Bezpośrednia metoda nitrowania
Proszek krzemionkowy o wysokiej ostrości umieszcza się w atmosferze azotu, a reakcję chemiczną przeprowadza się w temperaturze 1300 ° C ~ 1400 ° C w celu uzyskania proszku krzemowego azotku. Jego wzór chemiczny wynosi 3 Si + 2N2 → Si3N4.
※ Metoda osadzania chemicznego (CVD)
Podstawowymi surowcami tej metody są tetrachlorku krzemu, czysty azot i wodór, które są mieszane w temperaturze 1000 ° C ~ do 1200 ° C. Otrzymane czystość azotowania jest wysokie. Jego (azotek krzemowy CVD) wzór chemiczny wynosi 3SICL4 + 2N2 + 6H2 = SI3N4 + 12HCl
※ SI (NH2) 4 Metoda rozkładu termicznego
Tetrachlorku krzemu i amoniak są najpierw łączone, tworząc Si (NH2) 4 i HCl, a następnie Si (NH2) 4 jest piloolizowany w celu uzyskania proszku krzemowego azotku.
Jego wzorem chemicznym jest SICL4 + 4NH3 → SI (NH2) 4 + 4HCl, 3SI (NH2) 4 （ogrzewanie） → Si3N4 + 8NH3
※ Metoda redukcji węglowej
Jest to powszechnie stosowana metoda przygotowywania proszku azotku krzemu; Podstawową zasadą jest zastosowanie węgla w celu zmniejszenia proszku dwutlenku krzemu w środowisku azotu o wysokiej temperaturze w celu przygotowania proszku krzemowego azotku.
Jego wzór chemiczny to: 3SIO2 (s) + 6c (s) + 2n2 (g) = SI3N4 (s) + 6co (g)
※ Metoda zol-żel
Jest to zaawansowany proces produkcji proszku krzemowego azotku. Metoda zol-żel wykorzystuje wysoce aktywne źródło krzemowe jako prekursor, które jest mieszane w fazie ciekłej, tworząc SOL. Następnie proszek z azotku krzemowego nano-skalą przygotowuje się przez suszenie i spiekanie. Ta metoda produkcji powoduje jednolity, wysokiej jakości krzemowy azotek proszkowy.
※ Metoda samorozwajania
Ta metoda syntezy rozpala korpus proszkowy równomiernie zmieszany z krzemowym proszkiem i azotkiem krzemu przez zewnętrzne źródło grzewcze. Wykorzystuje ciepło uwalniane przez ich reakcję do dalszej syntezy.
Powyższe metody syntezy mają zalety i wady, aw praktycznych zastosowaniach ostateczny wybór musi opierać się na konkretnych wymaganiach wydajności i kosztów produktu.
SI3N4 Ceramiczna struktura krystaliczna
Ceramika azotku krzemu obejmuje głównie α-SI3N4 (azotek alfa krzemowy), β-SI3N4 (azotek krzemowy beta) i γ-SI3N4 (azotek krzemowy sześcienny), odnoszą się do poniższego ryc. 1. Atotek alfa silikonowego i azotek beta beta i azotki beta silikonu i beta są najbardziej wspólny.
Struktury krystaliczne azotku silikonowego
Wraz ze wzrostem temperatury faza krystaliczna α-SI3N4 jest przekształcana w β-SI3N4 w temperaturze 1400 ° C ~ 1800 ° C, ale ta metamorfoza jest nieodwracalna. Dlatego występowanie transformacji fazowej jest korzystne dla występowania α-SI3N4 w procesie stosowania w wysokiej temperaturze. Dla porównania, β-SI3N4 jest stabilnym materiałem ceramicznym w fazie krystalicznej w termodynamice.
Metody przygotowania ceramicznego SI3N4
Zgodnie z różnymi metodami spiekania można go podzielić na spiekany krzemowy azotek,
Ziemiony reakcja azotek krzemowy, bez ciśnienia azotek krzemowy i gorąco spiekany azotek krzemowy. Różne rodzaje spiekanych ceramiki azotku krzemowego mają inną morfologię ziarna, międzykręgla
Morfologia, porowatość i morfologia porów, więc ich właściwości są bardzo różne.
※ Spiekany azotek krzemowy związany z reakcją
Proszek krzemowy azotek jest najpierw formowany na zielony kęs, który jest zgodny z kształtem gotowego produktu, a następnie wstępnie opalany w piecu atmosfery azotowej. Wstępnie opalany zielony kęs ma określoną wytrzymałość, która pozwala jej obrabiać. Ponieważ skurcz materiału azotku krzemowego jest minimalny (<0,11%), obrabiana ślepa ślepa jest całkowicie spiekana w celu uzyskania produktu o złożonych strukturach i stosunkowo precyzyjnej wielkości. Spiekanie reakcji jest najczęściej stosowaną metodą przygotowywania ceramiki azotku krzemu.
※ Spiekanie bez presji
Metoda spiekania bez ciśnienia jest przeprowadzana w atmosferze azotu o 1700 ° C ~ 1800 ° C przy ciśnieniu atmosferycznym. Gęsta ceramika azotku krzemowego przygotowuje się za pomocą rozkładu
Reakcja proszku krzemowego azotku w wysokich temperaturach. Ceramika azotku krzemu przygotowywana tą metodą ma wysoką wytrzymałość mechaniczną.
※ Ciśnienie gazowe spiekanie krzemowy azotek
Spiekanie pneumatyczne jest zwykle przeprowadzane w około 2000 ° C, 1 ~ 10mpa. Proszek z azotku krzemu zostanie dodany do dodatków spiekania o wysokiej temperaturze, takich jak MGO i Y2O3, aby promować wzrost ziarna azotku krzemu, oraz produkty ceramiczne azotku krzemu o czystości większej niż 99% i można uzyskać wysoką wytrzymałość.
※ Gorąco spiekany azotek krzemowy
Metoda spiekania na gorąco polega na dodaniu niewielkiej ilości proszku MGO, Al2O3 i proszku krzemowego o wysokiej czystości powyżej 1600 ° C i 1916MPa. MGF2, Fe2O3 i inne dodatki spiekania są spiekane w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości, wysokiej twardości i ceramiki azotku krzemowego o dużej gęstości.
Ostateczne myśli
Wraz z dalszymi badaniami i badaniami mechanizmu i właściwościami materiałów ceramicznych azotku krzemu, zwłaszcza poprawy technologii przygotowania proszku azotku krzemu i nadejściem sprzętu na dużą skalę, można przewidzieć, że ceramika azotku krzemu odgrywa bardziej kluczową rolę w różnych wymagające branże i mają bardziej kompleksowy zakres aplikacji.