The nitrid křemíku Je to anorganická sloučenina tvořená dusíkem (N) a křemíkem (Si). Jeho chemický vzorec je Si3N4. Jedná se o jasně šedý nebo světle šedý materiál výjimečné tvrdosti a odolnosti vůči vysokým teplotám.
Díky svým vlastnostem se nitrid křemíku používá v aplikacích, kde je vyžadována vysoká odolnost proti opotřebení a vysoké teploty. Například se používá k výrobě řezných nástrojů a kuličkových ložisek.
Používá se v částech strojního zařízení, které musí odolat vysokým mechanickým silám, jako jsou lopatky turbíny, které jsou jako velké válce, kde se lopatky musí otáčet vysokou rychlostí s průchodem vody nebo plynů a produkovat energii.
Keramika z nitridu křemíku se používá k výrobě dílů, které musí přijít do styku s roztavenými kovy. Slouží také jako náhrada za lidské nebo zvířecí kosti.
Dělá3N4 Má elektrické izolační vlastnosti, to znamená, že nepřenáší elektřinu. Proto jej lze použít v mikroelektronických aplikacích nebo ve velmi malých elektronických zařízeních.
Rejstřík článků
V nitridu křemíku je každý atom křemíku (Si) kovalentně vázán se 4 atomy dusíku (N). Naopak, každý atom dusíku je připojen ke 3 atomům křemíku.
Proto jsou vazby velmi silné a poskytují sloučenině vysokou stabilitu..
Nitrid křemíku má tři krystalické struktury: alfa (α-Si3N4), beta (β-Si3N4) a gama (γ-Si3N4). Alfa a beta jsou nejčastější. Gama se získává při vysokých tlacích a teplotách a je nejtvrdší.
Plná jasně šedá.
140,28 g / mol
1900 ° C
3,44 g / cm3
Nerozpustný ve vodě. Rozpustný v kyselině fluorovodíkové HF.
Jedná se o velmi stabilní sloučeninu kvůli způsobu, jakým jsou atomy křemíku a dusíku vázány v Si3N4.
Nitrid křemíku má vynikající odolnost vůči kyselině chlorovodíkové (HCl) a sírové (HdvaSW4). Je také velmi odolný proti oxidaci. Je odolný vůči litému hliníku a jeho slitinám.
Má dobrou odolnost proti tepelným šokům, vysokou retenci tvrdosti při zvýšených teplotách, vynikající odolnost proti erozi a opotřebení a vynikající odolnost proti korozi.
Má výjimečnou tvrdost, která umožňuje aplikaci tenkých tlouštěk materiálu. Udržuje své vlastnosti při vysokých teplotách.
Filmy z nitridu křemíku jsou vynikající bariérou pro difúzi vody, kyslíku a kovů, a to i při vysokých teplotách. Jsou velmi tvrdé a mají vysokou dielektrickou konstantu, což znamená, že špatně vedou elektřinu, takže fungují jako elektrický izolátor..
Ze všech těchto důvodů je vhodný materiál pro aplikace s vysokými teplotami a vysokým mechanickým namáháním..
Lze jej získat z reakce mezi amoniakem (NH3) a chlorid křemičitý (SiCl4), ve kterém je amid křemíku Si (NHdva)4 že při zahřátí se vytvoří imid a poté nitrid křemíku Si3N4.
Reakci lze shrnout následovně:
Chlorid křemičitý + amoniak → nitrid křemíku + kyselina chlorovodíková
3 SiCl4 (plyn) + 4 NH3 (plyn) → Ano3N4 (pevná látka) + 12 HCl (plyn)
Vyrábí se také zpracováním kompaktního práškového křemíku (Si) plynným dusíkem (Ndva) při teplotách 1200-1400 ° C. Tento materiál má však 20 - 30% mikroporéznosti, což omezuje jeho mechanickou pevnost..
3 Si (pevná látka) + 2 Ndva (plyn) → Ano3N4 (pevný)
Proto se prášek Si slinuje.3N4 pro vytvoření hustší keramiky to znamená, že prášek je vystaven vysokému tlaku a teplotě.
Nitrid křemíku se často používá jako pasivační nebo ochranná vrstva v integrovaných obvodech a mikromechanických strukturách..
Integrovaný obvod je struktura, která obsahuje elektronické součástky nezbytné pro výkon určité funkce. Také se tomu říká čip nebo mikročip.
Dělá3N4 má vynikající odolnost proti difúzi vody, kyslíku a kovů, jako je sodík, a proto slouží jako izolační vrstva nebo bariéra.
Používá se také jako dielektrický materiál, to znamená, že je to špatný vodič elektřiny, takže funguje jako izolátor tohoto.
To slouží pro mikroelektronické a fotonické aplikace (generování a detekce světelných vln). Používá se jako tenká vrstva v optických povlacích.
Jedná se o nejběžnější dielektrický materiál používaný v kondenzátorech DRAM (dynamic random access memory). Dynamická paměť s náhodným přístupem), které se používají v počítačích nebo počítačích.
Keramika z nitridu křemíku má vlastnosti vysoké tvrdosti a odolnosti proti opotřebení, proto se používá v tribologických inženýrských aplikacích, tj. Tam, kde dochází k velkému tření a opotřebení..
Dělá3N4 denso vykazuje vysokou pružnou pevnost, vysokou odolnost proti lomu, dobrou odolnost proti přetažení nebo klouzání, vysokou tvrdost a vynikající odolnost proti erozi.
Toho se dosáhne zpracováním nitridu křemíku slinováním v kapalné fázi přidáním oxidu hlinitého a oxidu yttritého (AldvaNEBO3 + YdvaNEBO3) při teplotách 1750-1900 ° C.
Slinování spočívá v podrobení práškové směsi vysokým tlakům a teplotám, aby se získal hustší a kompaktnější materiál.
Keramiku z nitridu křemíku lze použít například v zařízeních na tavení hliníku, tj. Ve velmi horkých místech, kde je roztavený hliník.
Struktura keramiky z nitridu křemíku poskytuje skvělou příležitost optimalizovat vlastnosti pro konkrétní aplikace podle požadavků inženýrů. Dokonce i mnoho z jeho potenciálních aplikací se ještě musí uskutečnit..
Od roku 1989 bylo zjištěno, že Si3N4 je to biokompatibilní materiál, což znamená, že může nahradit část živého organismu bez poškození a umožnění regenerace tkáně kolem něj.
Používá se k výrobě komponentů pro náhradu nebo opravu nosných kostí a také meziobratlových zařízení, tj. Drobných předmětů, které umožňují opravu páteře.
Při zkouškách prováděných na lidských nebo zvířecích kostech došlo v krátké době ke spojení mezi kostí a implantáty nebo keramickými kousky Si3N4.
Nitrid křemíku je netoxický, podporuje buněčnou adhezi, normální proliferaci nebo množení buněk a jejich diferenciaci nebo růst podle typu buňky.
Pro tuto aplikaci je Si3N4 je dříve podroben slinovacímu procesu s přísadami oxidu hlinitého a oxidu yttritého (AldvaNEBO3+YdvaNEBO3). To spočívá v aplikaci tlaku a vysoké teploty na Si prášek.3N4 plus přísady.
Tento postup dává výslednému materiálu schopnost zabránit růstu bakterií, snižuje riziko infekce a zvýhodňuje buněčný metabolismus těla..
Proto otevírá možnost podpory rychlejšího hojení v zařízeních pro opravu kostí..
Používá se v aplikacích s vysokou teplotou, kde je vyžadována odolnost proti opotřebení, jako jsou ložiska (součásti podporující rotační pohyb ve strojích) a řezné nástroje.
Používá se také v lopatkách turbíny (stroje tvořené bubnem s lopatkami, které se otáčejí při průchodu vody nebo plynu a vytvářejí tak energii) a žárovkové spoje (spoje při vysokých teplotách).
Používá se v termočlánkových trubkách (teplotních čidlech), kelímcích s roztaveným kovem a ve vstřikovačích paliva pro rakety.
Zatím žádné komentáře