nitrură de siliciu Este un compus anorganic format din azot (N) și siliciu (Si). Formula sa chimică este Si3N4. Este un material gri deschis sau gri deschis de o duritate excepțională și rezistență la temperaturi ridicate.
Datorită proprietăților sale, nitrura de siliciu este utilizată în aplicații în care este necesară o rezistență ridicată la uzură și temperaturi ridicate. De exemplu, este utilizat pentru fabricarea sculelor de tăiere și a rulmenților cu bile.
Se folosește în piese de mașini care trebuie să reziste la forțe mecanice ridicate, cum ar fi palele turbinei, care sunt ca niște cilindri mari, unde lamele trebuie să se rotească la viteze mari cu trecerea apei sau gazelor, producând energie.
Ceramica cu nitrură de siliciu este utilizată pentru a produce piese care trebuie să intre în contact cu metalele topite. De asemenea, ele servesc ca înlocuitoare pentru oasele umane sau animale.
El face3N4 Are proprietăți izolatoare electrice, adică nu transmite electricitate. Prin urmare, poate fi utilizat în aplicații de microelectronică sau în dispozitive electronice foarte mici.
Indice articol
În nitrura de siliciu, fiecare atom de siliciu (Si) este legat covalent cu cei 4 atomi de azot (N). Invers, fiecare atom de azot este atașat la cei 3 atomi de siliciu.
Prin urmare, legăturile sunt foarte puternice și conferă o stabilitate ridicată compusului..
Nitrura de siliciu are trei structuri cristaline: alfa (α-Si3N4), beta (β-Si3N4) și gamma (γ-Si3N4). Alfa și beta sunt cele mai frecvente. Gamma se obține la presiuni și temperaturi ridicate și este cea mai grea.
Cenușiu strălucitor solid.
140,28 g / mol
1900 ºC
3,44 g / cm3
Insolubil în apă. Solubil în acid fluorhidric HF.
Acesta este un compus foarte stabil, datorită modului în care atomii de siliciu și azot sunt legați în Si3N4.
Nitrura de siliciu are o rezistență excelentă la clorhidric (HCI) și sulfuric (HDouăSW4). De asemenea, este foarte rezistent la oxidare. Este rezistent la turnarea aluminiului și a aliajelor sale.
Are o bună rezistență la șocuri termice, o reținere ridicată a durității la temperaturi ridicate, rezistență excelentă la eroziune și uzură și rezistență excelentă la coroziune.
Are o duritate excepțională care permite aplicarea unor grosimi subțiri de material. Păstrează proprietățile sale la temperaturi ridicate.
Filmele din nitrură de siliciu sunt bariere excelente în difuziunea apei, oxigenului și metalelor, chiar și la temperaturi ridicate. Sunt foarte dure și au o constantă dielectrică ridicată, ceea ce înseamnă că conduc electricitatea prost, acționând astfel ca un izolator electric..
Din toate aceste motive este un material adecvat pentru aplicații cu temperatură ridicată și solicitări mecanice ridicate..
Se poate obține pornind de la reacția dintre amoniac (NH3) și clorură de siliciu (SiCl4), în care amida de siliciu Si (NHDouă)4 că atunci când este încălzit formează o imidă și apoi nitrură de siliciu Si3N4.
Reacția poate fi rezumată după cum urmează:
Clorură de siliciu + Amoniac → Nitrură de siliciu + Acid clorhidric
3 SiCI4 (gaz) + 4 NH3 (gaz) → Da3N4 (solid) + 12 HCI (gaz)
De asemenea, este fabricat prin tratarea siliconului pulverulent compact (Si) cu azot gazos (NDouă) la temperaturi de 1200-1400 ° C. Cu toate acestea, acest material are 20-30% microporozitate care îi limitează rezistența mecanică..
3 Si (solid) + 2 NDouă (gaz) → Da3N4 (solid)
Prin urmare, pulberea de Si este sinterizată.3N4 pentru a forma ceramică mai densă, aceasta înseamnă că pulberea este supusă la presiune și temperatură ridicate.
Nitrura de siliciu este adesea folosită ca strat de pasivare sau de protecție în circuite integrate și structuri micromecanice..
Un circuit integrat este o structură care conține componentele electronice necesare pentru a îndeplini o anumită funcție. Se mai numește și cip sau microcip.
El face3N4 are o rezistență excelentă la difuzia apei, oxigenului și a metalelor, cum ar fi sodiul, motiv pentru care servește ca strat izolant sau barieră.
Este, de asemenea, utilizat ca material dielectric, ceea ce înseamnă că este un conductor slab de electricitate, deci acționează ca un izolator al acestui.
Aceasta servește pentru aplicații microelectronice și fotonice (generarea și detectarea undelor de lumină). Folosit ca strat subțire în acoperiri optice.
Este cel mai comun material dielectric utilizat în condensatoarele de memorie dinamică cu acces aleatoriu (DRAM). Memorie cu acces aleator dinamic), care sunt cele utilizate în computere sau computere.
Ceramica cu nitrură de siliciu are proprietăți de duritate ridicată și rezistență la uzură, de aceea este utilizată în aplicații de inginerie tribologică, adică în utilizări în care apare o mulțime de frecare și uzură..
El face3N4 denso prezintă o rezistență flexibilă ridicată, rezistență ridicată la rupere, rezistență bună la glisare sau alunecare, duritate ridicată și rezistență excelentă la eroziune.
Acest lucru se obține atunci când nitrura de siliciu este procesată prin sinterizare în fază lichidă prin adăugarea de oxid de aluminiu și oxid de itriu (AlDouăSAU3 + DaDouăSAU3) la temperaturi de 1750-1900 ° C.
Sinterizarea constă în supunerea unei pulberi compuse la presiuni și temperaturi ridicate pentru a obține un material mai dens și mai compact.
Ceramica cu nitrură de siliciu poate fi utilizată de exemplu în echipamentele de topire a aluminiului, adică în locuri foarte fierbinți în care există aluminiu topit.
Structura ceramicii cu nitrură de siliciu oferă o oportunitate excelentă de a optimiza proprietățile pentru aplicații specifice în conformitate cu cerințele inginerilor. Chiar și multe dintre aplicațiile sale potențiale nu s-au concretizat încă..
Din 1989 s-a stabilit că Si3N4 este un material biocompatibil, ceea ce înseamnă că poate înlocui o parte a unui organism viu fără să provoace daune și să permită regenerarea țesutului din jurul său.
Este utilizat pentru fabricarea componentelor pentru înlocuirea sau repararea oaselor portante și, de asemenea, a dispozitivelor intervertebrale, adică a obiectelor mici care permit repararea coloanei vertebrale.
În testele efectuate pe oase umane sau animale, într-un timp scurt, unirea dintre os și implanturi sau bucăți ceramice de Si3N4.
Nitrura de siliciu nu este toxică, favorizează aderența celulară, proliferarea sau multiplicarea normală a celulelor și diferențierea sau creșterea acestora în funcție de tipul de celule.
Pentru această aplicație, Si3N4 este supus anterior unui proces de sinterizare cu aditivi de alumină și oxid de itriu (AlDouăSAU3+DaDouăSAU3). Aceasta constă în aplicarea de presiune și temperatură ridicată pulberii de Si.3N4 plus aditivi.
Această procedură conferă materialului rezultat capacitatea de a preveni creșterea bacteriană, reducând riscul de infecție și favorizând metabolismul celular al organismului..
Prin urmare, deschide posibilitatea de a promova o vindecare mai rapidă în dispozitivele de reparare a oaselor..
Utilizat în aplicații la temperaturi ridicate în care este necesară rezistența la uzură, cum ar fi rulmenții (piese care susțin mișcarea de rotație a mașinilor) și uneltele de tăiere.
Este, de asemenea, utilizat în pale de turbină (mașini formate dintr-un tambur cu lame care se rotesc la trecerea apei sau a unui gaz și astfel generează energie) și conexiuni incandescente (articulații la temperaturi ridicate).
Utilizat în tuburi de termocuplu (senzori de temperatură), creuzete metalice topite și injectoare de combustibil pentru rachete.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.