En ikke-metallisk forbindelse som består av silisium og nitrogen, silisiumnitrid (Si3N4) er også et avansert keramisk materiale med den mest tilpasningsdyktige blandingen av mekaniske, termiske og elektriske egenskaper. I tillegg, sammenlignet med de fleste andre keramiske materialer, er det en høyytelses keramikk med en lav termisk ekspansjonskoeffisient som gir utmerket motstand mot termisk støt.
Egenskaper
På grunn av sin lave termiske ekspansjonskoeffisient har materialet en meget høy termisk støtmotstand og god bruddseighet. Si3N4-arbeidsstykker er motstandsdyktige mot slag og støt. Disse arbeidsstykkene tåler driftstemperaturer på opptil 1400 °C og er motstandsdyktige mot kjemikalier, korrosive effekter og spesifikke smeltede metaller som aluminium, samt syrer og alkaliske løsninger. En annen funksjon er dens lave tetthet. Den har en lav tetthet på 3,2 til 3,3 g/cm3, som er nesten like lett som aluminium (2,7 g/cm3), og den har en maksimal bøyestyrke på ≥900 MPa.
I tillegg er Si3N4 preget av høy motstand mot slitasje og overgår høytemperaturegenskapene til de fleste metaller, som høytemperaturstyrke og krypemotstand. Den tilbyr en overlegen blanding av kryp- og oksidasjonsmotstand og overgår høytemperaturegenskapene til de fleste metaller. Takket være dens lave varmeledningsevne og sterke slitestyrke tåler den de tøffeste omstendighetene i de mest krevende industrielle bruksområdene. Dessuten er silisiumnitrid et flott alternativ når det kreves evner til høy temperatur og høy belastning.
Egenskaper
● Høy bruddseighet
● God bøyestyrke
● Ekstremt lav tetthet
● Utrolig sterk motstand mot termisk støt
● Høy arbeidstemperatur i oksiderende atmosfærer
Produksjonsmetode
De fem forskjellige prosessene som brukes til å lage silisiumnitrid - fører til litt forskjellige arbeidsmaterialer og bruksområder.
SRBSN (reaksjonsbundet silisiumnitrid)
GPSN (gasstrykksintret silisiumnitrid)
HPSN (varmpresset silisiumnitrid)
HIP-SN (varm isostatisk presset silisiumnitrid)
RBSN (reaksjonsbundet silisiumnitrid)
Blant disse fem er GPSN den mest brukte produksjonsmetoden.
Brukseksempler
Baller og rullende elementer for lys
På grunn av sin store bruddseighet og gode tribologiske egenskaper, er silisiumnitridkeramikk ideelt egnet for bruk som kuler og rullende elementer for lette, ekstremt presise lagre, kraftige keramiske formingsverktøy og svært belastede bilkomponenter. I tillegg benytter sveiseteknikker seg av materialenes sterke termiske støtmotstand og motstand mot høye temperaturer.
Høytemperaturapplikasjoner
Dessuten har det lenge vært brukt i høytemperaturapplikasjoner. Det faktum at det er et av få monolittiske keramiske materialer som tåler de ekstreme termiske sjokket og temperaturgradientene produsert av hydrogen/oksygen rakettmotorer.
Bilindustri
For tiden brukes silisiumnitridmaterialet primært i bilindustrien i applikasjoner for motordeler og motortilbehørsenheter, som turboladere for lavere treghet og redusert motoretterslep og utslipp, glødeplugger for raskere oppstart, eksoskontrollventiler for økt akselerasjon og vippearmputer for gassmotorer for å redusere slitasje.
Elektronikkindustrien
På grunn av dets distinkte elektriske egenskaper, i mikroelektronikkapplikasjoner, brukes silisiumnitrid i økende grad som en isolator og kjemisk barriere i produksjonen av integrerte kretser for sikker pakking av enheter. Silisiumnitrid brukes som et passiveringslag med høy diffusjonsbarriere mot natriumioner og vann, som er to hovedårsaker til korrosjon og ustabilitet i mikroelektronikk. I kondensatorer for analoge enheter brukes stoffet også som en elektrisk isolator mellom polysilisiumlag.
Konklusjon
Silisiumnitridkeramikk er bruksmaterialer. Hver type av denne keramikken har unike funksjoner som gjør den nyttig i en rekke sektorer. Å forstå de mange variantene av silisiumnitridkeramikk gjør det enkelt å velge den beste for en gitt applikasjon.
