Что такое нитрид кремния
Нитрид кремния (Si3n4) представляет собой поликристаллический неорганический неметаллический химический соединение, основанный на синтезе кремния и азота, значительного важного керамического материала.
Керамика нитрида кремния предлагает механические, термические, электрические и химические свойства почти всех продвинутых керамики в одной, особенно ее устойчивости к ультра-высокому амортизатору и термическому шоку, а также чрезвычайно твердая и износостойкость, что делает его функциональной и структурной керамикой Во многих суровых средах и требовательных высокотехнологичных отраслях имеют широкий спектр приложений.
Материальные преимущества
※ Непобедительное высокое сопротивление теплового шока и воздействие
※ Высоко высокая температура обслуживания до 1300 ℃ в воздухе
※ Высшая твердость и устойчивость к износу с низким содержанием фарки
※ Высокая стабильность механической прочности при высокой температуре
※ Высокие сильные стороны изгиба и высокая вязкость переломов
※ Высокая механическая усталость и устойчивость к ползучести
※ Низкая термическая экспансивность, аналогичная чипам Si
※ Хорошая электрическая изоляция и диэлектрическая прочность
※ Высокая жесткость и высокая жесткость
※ Низкая плотность с легким, чем большинство металлов
※ Отличная химическая стабильность, коррозия и эрозионная стойкость
Использование и приложения
※ Электроника: электрические изоляторы, мощные полупроводниковые устройства, фотоэлектрические устройства дисплея и т. Д.
※ Механическое проектирование: режущие инструменты, подшипники с высоким определением шариков, роликовые подшипники, шестерня и т. Д.
※ Медицинский: зубные имплантаты, совместный протез, восстановление позвоночника, совместная имплантация, биосенсоры и диагностические устройства, системы доставки Drug, микрохирургические инструменты, имплантируемые медицинские устройства и т. Д.
※ Материалы с высокой темами: зажигание печи, трубки нагревателя, вкладыши сопла, сварочные форсунки TIG, керамический тиг и т. Д.
※ Автомобильная промышленность: детали двигателя, турбокомпрессор, тормозная система, система управления выбросами и т. Д.
※ Aerospace: лопасти турбины, керамическое покрытие, керамическая тонкая пленка, авиационные инструменты, подкладка двигателя aero и т. Д.
※ Другие поля включают солнечные элементы, клапаны, герметичные грань, керамические пластины, керамические субстраты тепловой диссипации, штифты по позиционированию сварки, волноводы нитридов кремния, мембраны нитридов кремния и т. Д.
Синтез нитрида кремния
Нитрид кремния в основном включает в себя следующие методы синтеза в виде синтетического керамического материала.
※ Метод прямой аттеры
Порошок с высокой точностью кремнезема помещается в атмосферу азота, а химическая реакция проводится при 1300 ° C ~ 1400 ° C, чтобы получить порошок нитрида кремния. Его химическая формула составляет 3 Si + 2n2 → Si3n4.
※ Метод химического осаждения (CVD)
Первичным сырью этого метода являются кремниевый тетрахлорид, чистый азот и водород, которые смешиваются при 1000 ° C ~ до 1200 ° C. Чистота полученного нитрирования высока. Химическая формула (кремниевый нитрид CVD) составляет 3SICL4 + 2N2 + 6H2 = SI3N4 + 12HCl
※ Si (NH2) 4 Метод теплового разложения
Кремниевый тетрахлорид и аммиак сначала объединяются с образованием Si (NH2) 4 и HCl, а затем Si (NH2) 4 пиролизуют для получения порошка нитрида кремния.
Его химическая формула составляет sicl4 + 4nh3 → si (nh2) 4 + 4hcl, 3si (nh2) 4 (нагревание) → Si3n4 + 8nh3
※ Метод углерода -восстановления
Это обычно используемый метод приготовления порошка нитрида кремния; Основным принципом является использование углерода для уменьшения порошка диоксида кремния в высокотемпературной азотной среде для приготовления порошка нитрида кремния.
Его химическая формула: 3SIO2 (S) + 6C (S) + 2N2 (G) = SI3N4 (S) + 6CO (G)
※ Sol-Gel Метод
Это продвинутый процесс для производства порошка нитрида кремния. Метод Sol-Gel использует очень активный кремниевый источник в качестве предшественника, который смешивается в жидкой фазе с образованием Sol. Затем наномасштабный порошок нитрида кремния готовится сушкой и спеканием. Этот метод производства приводит к однородному, высококачественному порошка нитрида кремния.
※ Метод самоопроводства
Этот метод синтеза зажигает порошковое тело, равномерно смешиваемое с кремниевым порошком и нитридом кремния через внешний источник нагрева. Он использует тепло, высвобождаемое их реакцией для дальнейшего синтеза.
Приведенные выше методы синтеза имеют преимущества и недостатки, а в практических приложениях окончательный выбор должен основываться на конкретных требованиях производительности и стоимости продукта.
Керамическая кристаллическая структура SI3N4
Керамика нитрида кремния в основном включает в себя α-Si3n4 (альфа-нитрид кремния), β-Si3n4 (бета-нитрид кремния) и γ-Si3n4 (кубический кремний-нитрид) ， см. В следующем рисунке 1. Альфа-нитрид кремния и бета-нитрид являются наиболее наиболее нитридом. общий.
Кристаллические структуры нитрида кремния
При повышении температуры кристаллическая фаза α-SI3N4 превращается в β-SI3N4 при 1400 ° C ~ 1800 ° C, но этот метаморфоз необратима. Следовательно, возникновение фазового преобразования полезно для возникновения α-SI3N4 в процессе высокотемпературного использования. Для сравнения, β-SI3N4 представляет собой кристаллическую фазовую стабильную керамический материал в термодинамике.
Методы керамической подготовки Si3n4
Согласно различным методам спекания, его можно разделить на газовый давление, спеченное нитрид кремния,
Спекающий силиконовый нитрид, связанный с реакцией, нитрид без престарелых, нитрид силиконового силикона и горячий нажатый топлый нитрид кремния. Различные типы спеченных кремниевых нитридных керамики имеют разнообразную морфологию зерна, межцентральная
Морфология, пористость и морфология пор, поэтому их свойства очень разные.
※ Спекающий силиконовый нитрид с реакцией
Порошок нитрида кремния сначала формируется в зеленую заготовку, которая согласуется с формой готового продукта, а затем предварительно готовится в атмосферной печи азота. Предварительно зажимая зеленая заготовка имеет определенную прочность, которая позволяет ее обрабатывать. Поскольку усадка материала нитрида кремния является минимальным (<0,11%), обработанная пробел полностью спечен для получения продукта со сложными структурами и относительно точным размером. Реакционное спекание является наиболее часто используемым методом для приготовления керамики нитрида кремния.
※ безжалостное спекание
Метод безмощного спекания выполняется в атмосфере азота 1700 ° C ~ 1800 ° C при атмосферном давлении. Плотная керамика нитрида кремния готовится с использованием разложения
Реакция порошка нитрида кремния при высоких температурах. Керамика нитрида кремния, приготовленная этим методом, обладает высокой механической прочностью.
※ Давление газа, спекающее нитрид кремния
Пневматическое спекание обычно проводится при примерно 2000 ° C, 1 ~ 10 МПа. Кремниевый нитридский порошок будет добавлен к высокотемпературным посыпающим добавкам, таким как MGO и Y2O3, чтобы способствовать росту зерна нитрида кремния, а также кремниевые керамические продукты нитрида с чистотой более 99%, и может быть получена высокая прочность.
At
Метод спекания горячих осадков включает в себя добавление небольшого количества MGO, Al2O3 и нитридного порошка кремния высокой чистоты выше 1600 ° C и 1916 МПа. MGF2, FE2O3 и другие спекания спекают, чтобы получить высокую прочность, высокую твердость и керамику нитридов кремния высокой плотности.
Последние мысли
Благодаря дальнейшему изучению и исследованиям механизма и свойств керамических материалов нитрида кремния, особенно улучшения технологии приготовления нитридного порошка кремния и появления крупномасштабного оборудования, предсказуемо, что керамика нитрида кремния будет играть более важную роль в различных требовательные отрасли и имеют более полный спектр приложений.