Silikon nitrür nedir
Silikon nitrür (SI3N4), önemli bir önemli seramik malzeme olan silikon ve azot sentezine dayanan polikristalin inorganik olmayan metalik olmayan bir kimyasal bileşiktir.
Silikon nitrür seramik, neredeyse tüm gelişmiş seramiklerin mekanik, termal, elektrik ve kimyasal özelliklerini, özellikle ultra yüksek termal şok direnci ve termal şokunun yanı sıra son derece sert ve aşınma direnci sunar, bu da onu fonksiyonel ve yapısal bir seramik haline getirir. Birçok zorlu ortamda ve yüksek teknoloji endüstrilerinin talep edilmesi çok çeşitli uygulamalara sahiptir.
Malzeme avantajları
※ Rakipsiz yüksek termal şok direnci ve etki
※ Havada 1300 ℃ Mükemmel Servis Sıcaklığı
※ Düşük sürtünme ile üstün sertlik ve aşınma direnci
※ Yüksek sıcaklıkta yüksek mekanik mukavemet dengesi
※ Yüksek bükülme kuvvetleri ve yüksek kırık tokluğu
※ Yüksek mekanik yorgunluk ve sürünme direnci
※ SI yongalarına benzer düşük termal genişlik
※ İyi elektrik yalıtım ve dielektrik mukavemet
※ Yüksek sertlik ve yüksek sertlik
※ Çoğu metalden daha hafif olan düşük yoğunluk
※ Mükemmel kimyasal stabilite, korozyon ve erozyon direnci
Kullanımlar ve Uygulamalar
※ Elektronik: Elektrik izolatörleri, güç yarı iletken cihazları, fotoelektrik ekran cihazları, vb.
※ Makine Mühendisliği: Kesme aletleri, yüksek hassasiyetli bilyalı rulmanlar, silindir yatakları, dişli jantlar, vb.
※ Tıbbi: Dental implantlar, eklem protezi, omurga onarımı, eklem implantasyonu, biyosensörler ve teşhis cihazları, drug dağıtım sistemleri, mikrocerjik aletler, implante edilebilir tıbbi cihazlar, vb.
※ Yüksek TEMP Malzemeler: Fırın Iglitor, Isıtıcı Tüpleri, Meme Astarları, Tig Kaynak Nozülleri, Seramik Pot vb.
※ Otomobil endüstrisi: motor parçaları, turboşarj, fren sistemi, emisyon kontrol sistemi vb.
※ Havacılık ve uzay: türbin bıçakları, seramik kaplama, seramik ince film, havacılık enstrümantasyonu, aero motor astarı, vb.
※ Diğer alanlar arasında güneş hücreleri, valfler, conta yüzleri, seramik gofretler, ısı yayılma seramik substratları, kaynak konumlandırma pimleri, silikon nitrür dalga kılavuzları, silikon nitrür membranları vb.
Silikon nitrür sentezi
Silikon nitrür esas olarak sentetik bir seramik malzeme olarak aşağıdaki sentez yöntemlerini içerir.
※ Doğrudan nitriding yöntemi
Yüksek saflıkta silika tozu bir azot atmosferine yerleştirilir ve kimyasal reaksiyon, silikon nitrür tozu elde etmek için 1300 ° C ~ 1400 ° C'de gerçekleştirilir. Kimyasal formülü 3 Si + 2n2 → Si3n4'tür.
※ Kimyasal biriktirme yöntemi (CVD)
Bu yöntemin birincil hammaddeleri, 1000 ° C ila 1200 ° C'de karıştırılan silikon tetraklorür, saf azot ve hidrojendir. Elde edilen nitridingin saflığı yüksektir. (Silikon Nitrür CVD) Kimyasal Formülü 3SICL4 + 2N2 + 6H2 = SI3N4 + 12HCL
※ Si (NH2) 4 termal ayrışma yöntemi
Silikon tetraklorür ve amonyak önce Si (NH2) 4 ve HC1'i oluşturacak şekilde birleştirilir ve daha sonra Si (NH2) 4, silikon nitrür tozu elde etmek için pirolize edilir.
Kimyasal formülü SICL4 + 4NH3 → Si (NH2) 4 + 4HCl, 3SI (NH2) 4 （Isıtma） → Si3n4 + 8nh3
※ Karbon karbon azaltma yöntemi
Silikon nitrür tozunu hazırlamak için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir; Temel prensip, silikon nitrür tozunu hazırlamak için yüksek sıcaklıklı bir azot ortamında silikon dioksit tozunu azaltmak için karbon kullanmaktır.
Kimyasal formülü: 3SIO2 (S) + 6C (S) + 2N2 (g) = Si3n4 (s) + 6co (g)
※ Sol-jel yöntemi
Bu, silikon nitrür tozu üretimi için gelişmiş bir işlemdir. Sol-jel yöntemi, bir Sol oluşturmak için sıvı fazda karıştırılan bir öncü olarak oldukça aktif bir silikon kaynağı kullanır. Daha sonra, nano ölçekli silikon nitrür tozu kurutma ve sinterleme ile hazırlanır. Bu üretim yöntemi, düzgün, yüksek kaliteli silikon nitrür tozu ile sonuçlanır.
※ Kendini propagasyon yöntemi
Bu sentez yöntemi, toz gövdesini harici bir ısıtma kaynağı yoluyla silikon tozu ve silikon nitrür ile eşit olarak ateşler. Daha fazla sentezleme tepkileri ile salınan ısıyı kullanır.
Yukarıdaki sentez yöntemlerinin avantajları ve dezavantajları vardır ve pratik uygulamalarda nihai seçim, ürün performansı ve maliyetinin özel gereksinimlerine dayanmalıdır.
SI3N4 seramik kristal yapısı
Silikon nitrür seramikleri esas olarak a-Si3N4 (alfa silikon nitrür), β-Si3N4 (beta silikon nitrür) ve γ-Si3N4 (kübik silikon nitrür) ， Aşağıdaki Şekil 1. Alfa silicon nitrür ve beta silisikon nitrit en çok yaygın.
Silikon nitrür kristal yapıları
Sıcaklığın artmasıyla, a-Si3N4'ün kristal fazı 1400 ° C ~ 1800 ° C'de β-Si3N4'e dönüştürülür, ancak bu metamorfoz geri döndürülemez. Bu nedenle, faz dönüşümünün ortaya çıkması, yüksek sıcaklık kullanım sürecinde a-Si3N4 oluşumunda faydalıdır. Buna karşılık, β-Si3N4, termodinamikte kristal faz stabil bir seramik malzemedir.
SI3N4 Seramik Hazırlık Yöntemleri
Farklı sinterleme yöntemlerine göre, gaz basıncı sinterlenmiş silikon nitrüre ayrılabilir,
Reaksiyon bağlı sinterleme silikon nitrür, basınçsız sinterleme silikon nitrür ve sıcak preslenmiş sinterlenmiş silikon nitrür. Farklı sinterlenmiş silikon nitrür seramikleri farklı tahıl morfolojisine sahiptir, intergranüler
Morfoloji, gözeneklilik ve gözenek morfolojisi, bu nedenle özellikleri çok farklıdır.
※ Reaksiyon bağlı sinterleme silikon nitrür
Silikon nitrür tozu ilk olarak bitmiş ürünün şekli ile tutarlı olan ve daha sonra bir azot atmosfer fırında önceden ateşlenen yeşil bir kütükte kalıplanmıştır. Önceden ateşlenmiş yeşil kütük, işlenmesini sağlayan belirli bir mukavemete sahiptir. Silikon nitrür malzemesinin büzülmesi minimal (<%0.11) olduğundan, işlenmiş boşluk, karmaşık yapılara ve nispeten hassas boyuta sahip bir ürün elde etmek için tamamen sindirilir. Reaksiyon sinterleme, silikon nitrür seramiklerini hazırlamak için en yaygın kullanılan yöntemdir.
※ Basınçsız sinterleme
Basınçsız sinterleme yöntemi, atmosfer basıncında 1700 ° C ~ 1800 ° C'lik bir azot atmosferinde gerçekleştirilir. Yoğun silikon nitrür seramikleri, ayrışma kullanılarak hazırlanır.
Silikon nitrür tozunun yüksek sıcaklıklarda reaksiyonu. Bu yöntemle hazırlanan silikon nitrür seramikleri yüksek mekanik mukavemete sahiptir.
※ Gaz basıncı sinterleme silikon nitrür
Pnömatik sinterleme genellikle yaklaşık 2000 ° C, 1 ~ 10MPa'da gerçekleştirilir. Silikon nitrürün tahıl büyümesini teşvik etmek için MGO ve Y2O3 gibi yüksek sıcaklık sinterleme katkı maddelerine silikon nitrür tozu ve saflığa% 99'dan daha yüksek olan silikon nitrür seramik ürünleri elde edilecektir.
※ Sıcak preslenmiş sinterleme silikon nitrür
Sıcak basan sinterleme yöntemi, 1600 ° C ve 1916MPA'nın üzerinde az miktarda MGO, AL2O3 ve yüksek saflıkta silikon nitrür tozu eklenmeyi içerir. MGF2, Fe2O3 ve diğer sinterleme katkı maddeleri, yüksek mukavemet, yüksek sertlik ve yüksek yoğunluklu silikon nitrür seramikleri elde etmek için sindirilir.
Son Düşünceler
Silikon nitrür seramik malzemelerinin mekanizması ve özelliklerinin daha fazla araştırılması ve araştırılması, özellikle silikon nitrür toz hazırlık teknolojisinin iyileştirilmesi ve büyük ölçekli ekipmanların ortaya çıkmasıyla, silikon nitrür seramiklerinin çeşitlilerde daha kritik bir rol oynayacağı öngörülebilir. zorunlu endüstriler ve daha kapsamlı bir uygulamaya sahiptir.