Vad är kiselnitrid
Kiselnitrid (SI3N4) är en polykristallin oorganisk icke -metallisk kemisk förening baserad på kisel- och kvävesyntes, ett betydande viktigt keramiskt material.
Silikonnitridkeramik erbjuder de mekaniska, termiska, elektriska och kemiska egenskaperna hos nästan alla avancerade keramik i en, särskilt dess ultrahöga termiska chockmotstånd och termisk chock, samt extremt hårda och slitmotstånd, vilket gör det till en funktionell och strukturell keramik I många hårda miljöer och krävande högteknologiska industrier har ett stort utbud av applikationer.
Materiella fördelar
※ Oslagbar hög termisk chockmotstånd och påverkan
※ Superb-hög servicetemperatur till 1300 ℃ i luften
※ Överlägsen hårdhet och slitmotstånd med lågfriktion
※ Hög mekanisk styrkstabilitet under hög temperatur
※ Höga böjhållfastheter och hög frakturthet
※ Hög mekanisk trötthet och krypmotstånd
※ Låg värmeutvidgning som liknar SI -chips
※ God elektrisk isolering och dielektrisk styrka
※ Hög stelhet och hög styvhet
※ Låg densitet med lättvikt än de flesta metaller
※ Utmärkt kemisk stabilitet, korrosion och erosionsmotstånd
Användning och applikationer
※ Elektronik: Elektriska isolatorer, halvledarenheter för kraft, fotoelektriska displayenheter etc.
※ Maskinteknik: Skärverktyg, kullager med hög precision, rullager, växelhjul, etc.
※ Medicinska: tandimplantat, gemensam protes, ryggradsreparation, ledimplantation, biosensorer och diagnostiska enheter, drugs leveranssystem, mikrosurgiska verktyg, implanterbara medicinska apparater etc.
※ High-Temp Materials: Furnace Ignitor, Heater Rubes, Munstycksfoder, TIG-svetsmunstycken, keramisk degel, etc.
※ Bilindustrin: motordelar, turboladdare, bromssystem, utsläppskontrollsystem, etc.
※ Aerospace: Turbinblad, keramisk beläggning, keramisk tunn film, luftfartsinstrumentation, Aero motorfoder, etc.
※ Andra fält inkluderar solceller, ventiler, tätningsytor, keramiska skivor, keramiska underlag för värmeavledning, svetspositioner, kiselnitridvågledare, kiselnitridmembran, etc.
Kiselsyntes
Kiselnitrid inkluderar huvudsakligen följande syntesmetoder som ett syntetiskt keramiskt material.
※ Direkt nitridingmetod
Kiseldioxidpulver med hög renhet placeras i en kväveatmosfär, och den kemiska reaktionen utförs vid 1300 ° C ~ 1400 ° C för att erhålla kiselnitridpulver. Dess kemiska formel är 3 Si + 2N2 → Si3n4.
※ Chemical Deposition Method (CVD)
Denna metods primära råvaror är kiseltetraklorid, rent kväve och väte, som blandas vid 1000 ° C ~ till 1200 ° C. Renheten för erhållen nitrering är hög. Dess (kiselnitrid CVD) kemisk formel är 3SICL4 + 2N2 + 6H2 = SI3N4 + 12HCL
※ SI (NH2) 4 Termisk nedbrytningsmetod
Kiseltetraklorid och ammoniak kombineras först för att bilda Si (NH2) 4 och HCl, och sedan är Si (NH2) 4 pyrolyserad för att erhålla kiselnitridpulver.
Dess kemiska formel är Sicl4 + 4NH3 → Si (NH2) 4 + 4HCl, 3SI (NH2) 4 （uppvärmning） → Si3n4 + 8NH3
※ Kolhermisk reduktionsmetod
Det är en vanligt använt metod för att framställa kiselnitridpulver; Den grundläggande principen är att använda kol för att minska kiseldioxidpulver i en högtemperatur kväve-miljö för att framställa kiselnitridpulver.
Dess kemiska formel är: 3SIO2 (S) + 6C (S) + 2N2 (g) = Si3n4 (S) + 6CO (G)
※ Sol-Gel-metod
Detta är en avancerad process för produktion av kiselnitridpulver. Sol-gel-metoden använder en mycket aktiv kiselkälla som en föregångare, som blandas i vätskefasen för att bilda en sol. Sedan framställs nano-skala kiselnitridpulver genom torkning och sintring. Denna produktionsmetod resulterar i enhetligt kiselpulver av hög kvalitet.
※ Självförökningsmetod
Denna syntesmetod tänder pulverkroppen jämnt blandad med kiselpulver och kiselnitrid genom en extern värmekälla. Den använder värmen som släpps ut genom deras reaktion för att syntetisera ytterligare.
Ovanstående syntesmetoder har fördelar och nackdelar, och i praktiska tillämpningar måste det slutliga valet baseras på de specifika kraven för produktprestanda och kostnad.
SI3N4 keramisk kristallstruktur
Kiselnitridkeramik inkluderar huvudsakligen a-Si3N4 (alfa-kiselnitrid), ß-Si3N4 (beta-kiselnitrid) och y-Si3N4 (kubisk kiselnitrid) ， hänvisar till följande figur 1. Alpha-kiselnitrid och beta-silikon är den mest nitrid) ， hänvisar till följande figur 1. Alpha-kiselnitrid och beta-silikon är den mest nitrid) ， hänvisar till följande figur 1. Alpha-kiselnitrid och beta-silikon gemensam.
Kiselnitridkristallstrukturer
Med temperaturökningen omvandlas den kristallina fasen av a-SI3N4 till ß-SI3N4 vid 1400 ° C ~ 1800 ° C, men denna metamorfos är irreversibel. Därför är förekomsten av fasomvandling gynnsam för förekomsten av a-SI3N4 i processen med hög temperaturanvändning. Som jämförelse är ß-SI3N4 ett kristallint stabilt keramiskt material i termodynamik.
SI3N4 keramiska beredningsmetoder
Enligt olika sintringsmetoder kan det delas upp i gastrycket sintrat kiselnitrid,
Reaktionsbundet sintring av kiselnitrid, trycklös sintring av kiselnitrid och varmpressad sintrad kiselnitrid. Olika typer av sintrad kiselnitridkeramik har olika kornmorfologi, intergranulär
Morfologi, porositet och pormorfologi, så deras egenskaper är mycket olika.
※ Reaktionsbundet sintrande kiselnitrid
Kiselnitridpulvret formas först till en grön billet som är förenlig med formen på den färdiga produkten och sedan förbjuden i en kväveatmosfärugn. Den fördrivna gröna billet har en specifik styrka, vilket gör att den kan bearbetas. Eftersom krympningen av kiselnitridmaterial är minimal (<0,11%) är det bearbetade tomma helt sintrat för att få en produkt med komplexa strukturer och relativt exakt storlek. Reaktionssintring är den vanligaste metoden för att framställa kiselnitridkeramik.
※ Trycklös sintring
Den trycklösa sintringsmetoden utförs i en kväveatmosfär av 1700 ° C ~ 1800 ° C vid atmosfärstryck. Den täta kiselnitridkeramiken framställs med hjälp av nedbrytningen
Reaktion av kiselnitridpulver vid höga temperaturer. Kiselnitridkeramiken framställd med denna metod har hög mekanisk styrka.
※ Gastryck sintring kiselnitrid
Pneumatisk sintring utförs vanligtvis vid cirka 2000 ° C, 1 ~ 10MPa. Kiselnitridpulver kommer att tillsättas till de högtemperatursintringstillsatserna såsom MGO och Y2O3 för att främja korntillväxten av kiselnitrid och kisel av kiselnitrid med renhet större än 99% och hög seghet kan erhållas.
※ Het pressad sintring kiselnitrid
Den varmpressande sintringsmetoden innebär att lägga till en liten mängd Mgo, Al2O3 och hög renhet kiselnitridpulver över 1600 ° C och 1916MPa. Mgf2, Fe2O3 och andra sintringstillsatser är sintrade för att få hög styrka, hög hårdhet och keramik med hög densitet kiselnitrid.
Sista tankar
Med den ytterligare undersökningen och forskningen av mekanismen och egenskaperna hos keramiska nitridkeramiska material, särskilt förbättringen av kiselnitridpulverförberedande teknik och tillkomsten av storskalig utrustning, är det förutsägbart att kiselnitridkeramik kommer att spela en mer kritisk roll i olika krävande branscher och har ett mer omfattande utbud av applikationer.