Det siliciumnitrid Det er en uorganisk forbindelse dannet af nitrogen (N) og silicium (Si). Dens kemiske formel er Si3N4. Det er et lysegråt eller lysegråt materiale med enestående hårdhed og modstandsdygtighed over for høje temperaturer.
På grund af dets egenskaber anvendes siliciumnitrid til applikationer, hvor der kræves høj slidstyrke og høje temperaturer. For eksempel bruges det til at fremstille skæreværktøjer og kuglelejer.
Det bruges i stykker af maskiner, der skal modstå høje mekaniske kræfter, såsom turbineblade, der er som store cylindre, hvor bladene skal rotere ved høje hastigheder med vand eller gasser, der producerer energi.
Siliciumnitridkeramik bruges til at fremstille dele, der skal komme i kontakt med smeltede metaller. De tjener også til at blive brugt som erstatning for menneskelige eller dyrebein.
Han gør3N4 Det har elektriske isoleringsegenskaber, det vil sige, det overfører ikke elektricitet. Derfor kan den bruges i mikroelektronikapplikationer eller i meget små elektroniske enheder.
Artikelindeks
I siliciumnitrid er hvert siliciumatom (Si) bundet kovalent med de 4 nitrogenatomer (N). Omvendt er hvert nitrogenatom bundet til de 3 siliciumatomer.
Derfor er bindingerne meget stærke og giver forbindelsen høj stabilitet..
Siliciumnitrid har tre krystallinske strukturer: alfa (α-Si3N4), beta (β-Si3N4) og gamma (y-Si3N4). Alpha og beta er de mest almindelige. Gamma opnås ved høje tryk og temperaturer og er den hårdeste.
Solid lysegrå.
140,28 g / mol
1900 ºC
3,44 g / cm3
Uopløselig i vand. Opløselig i flussyre HF.
Dette er en meget stabil forbindelse på grund af den måde, hvorpå silicium- og nitrogenatomer er bundet i Si3N4.
Siliciumnitrid har fremragende modstandsdygtighed over for saltsyre (HCI) og svovlsyre (H.toSW4). Det er også meget modstandsdygtigt over for oxidation. Det er modstandsdygtigt over for støbt aluminium og dets legeringer.
Den har god modstandsdygtighed over for termisk stød, høj fastholdelse af hårdhed ved forhøjede temperaturer, fremragende modstandsdygtighed over for erosion og slid og fremragende modstandsdygtighed over for korrosion.
Det har en enestående hårdhed, der muliggør påføring af tynde materialetykkelser. Vedligeholder dets egenskaber ved høje temperaturer.
Siliciumnitridfilm er fremragende barrierer for diffusion af vand, ilt og metaller, selv ved høje temperaturer. De er meget hårde og har en høj dielektrisk konstant, hvilket betyder, at de leder elektricitet dårligt og dermed fungerer som en elektrisk isolator..
Det er af alle disse grunde, at det er et egnet materiale til applikationer med høj temperatur og høj mekanisk belastning..
Det kan opnås startende fra reaktionen mellem ammoniak (NH3) og siliciumchlorid (SiCl4), hvor siliciumamid Si (NHto)4 at når opvarmet danner et imid og derefter siliciumnitrid Si3N4.
Reaktionen kan opsummeres som følger:
Siliciumchlorid + ammoniak → Siliciumnitrid + saltsyre
3 SiCl4 (gas) + 4 NH3 (gas) → Ja3N4 (fast stof) + 12 HCI (gas)
Det er også fremstillet ved behandling af kompakt pulver silicium (Si) med nitrogengas (Nto) ved temperaturer på 1200-1400 ° C. Imidlertid har dette materiale 20-30% mikroporøsitet, der begrænser dets mekaniske styrke..
3 Si (fast) + 2 Nto (gas) → Ja3N4 (solid)
Derfor sintres Si-pulveret.3N4 for at danne tættere keramik betyder det, at pulveret udsættes for højt tryk og temperatur.
Siliciumnitrid bruges ofte som et passiverings- eller beskyttelseslag i integrerede kredsløb og mikromekaniske strukturer..
Et integreret kredsløb er en struktur, der indeholder de elektroniske komponenter, der er nødvendige for at udføre en eller anden funktion. Det kaldes også en chip eller mikrochip.
Han gør3N4 det har fremragende modstandsdygtighed over for diffusion af vand, ilt og metaller som natrium, hvorfor det fungerer som et isolerende lag eller en barriere.
Det bruges også som et dielektrisk materiale, det betyder, at det er en dårlig leder af elektricitet, så det fungerer som en isolator af dette.
Dette tjener til mikroelektroniske og fotoniske applikationer (generering og påvisning af lysbølger). Anvendes som et tyndt lag i optiske belægninger.
Det er det mest almindelige dielektriske materiale, der anvendes i DRAM-kondensatorer (Dynamic Random Access Memory). Dynamisk tilfældig adgangshukommelse), som er dem, der bruges i computere eller computere.
Siliciumnitridkeramik har egenskaber med høj hårdhed og slidstyrke, derfor bruges det i tribologiske tekniske applikationer, det vil sige anvendelser, hvor der opstår meget friktion og slid..
Han gør3N4 denso udviser høj fleksibel styrke, høj modstandsdygtighed over for brud, god modstandsdygtighed over for træk eller glidning, høj hårdhed og fremragende modstandsdygtighed over for erosion.
Dette opnås, når siliciumnitrid behandles ved sintring i flydende fase ved tilsætning af aluminiumoxid og yttriumoxid (AltoELLER3 + YtoELLER3) ved temperaturer fra 1750-1900 ° C.
Sintring består i at udsætte et sammensat pulver for høje tryk og temperaturer for at opnå et tættere og mere kompakt materiale.
Siliciumnitridkeramik kan f.eks. Bruges i aluminiumsmeltningsudstyr, dvs. meget varme steder, hvor der er smeltet aluminium.
Strukturen af siliciumnitridkeramik giver en stor mulighed for at optimere egenskaber til specifikke applikationer i henhold til kravene fra ingeniører. Selv mange af dets potentielle applikationer skal endnu ikke realiseres..
Siden 1989 blev det fastslået, at Si3N4 det er et biokompatibelt materiale, hvilket betyder, at det kan erstatte en del af en levende organisme uden at forårsage skader og tillade regenerering af vævet omkring det.
Det bruges til at fremstille komponenter til udskiftning eller reparation af bærende knogler og også intervertebrale enheder, det vil sige små genstande, der muliggør reparation af rygsøjlen.
I forsøg udført på knogler fra mennesker eller dyr på kort tid foreningen mellem knoglen og implantaterne eller keramiske stykker af Si3N4.
Siliciumnitrid er ikke-toksisk, det favoriserer celleadhæsion, normal proliferation eller multiplikation af celler og deres differentiering eller vækst efter celletype.
Til denne applikation er Si3N4 er tidligere udsat for en sintringsproces med additiver af aluminiumoxid og yttriumoxid (AltoELLER3+YtoELLER3). Dette består i at anvende tryk og høj temperatur på Si-pulveret.3N4 plus tilsætningsstoffer.
Denne procedure giver det resulterende materiale evnen til at forhindre bakterievækst, hvilket reducerer risikoen for infektion og favoriserer kroppens cellulære stofskifte..
Derfor åbner det muligheden for at fremme hurtigere heling i knoglereparationsudstyr..
Anvendes til applikationer ved høje temperaturer, hvor slidstyrke er påkrævet, såsom lejer (dele, der understøtter rotationsbevægelse i maskiner) og skæreværktøjer.
Det bruges også i turbineblade (maskiner dannet af en tromle med knive, der roterer, når de passerer vand eller en gas og dermed genererer energi) og glødeforbindelser (samlinger ved høje temperaturer).
Anvendes i termoelementrør (temperatursensorer), smeltedigels digler og raketbrændstofinjektorer.
Endnu ingen kommentarer