De kiselnitrid Det är en oorganisk förening bildad av kväve (N) och kisel (Si). Dess kemiska formel är Si3N4. Det är ett ljusgrått eller ljusgrått material med exceptionell hårdhet och motståndskraft mot höga temperaturer.
På grund av dess egenskaper används kiselnitrid i applikationer där hög slitstyrka och höga temperaturer krävs. Till exempel används den för att tillverka skärverktyg och kullager.
Den används i delar av maskiner som måste motstå höga mekaniska krafter, såsom turbinblad, som är som stora cylindrar där knivarna måste rotera i höga hastigheter med vatten eller gaser och producerar energi.
Kiselnitridkeramik används för att tillverka delar som måste komma i kontakt med smält metall. De tjänar också för att användas som en ersättning för människa eller djurben.
Han gör3N4 Den har elektriska isoleringsegenskaper, det vill säga den överför inte elektricitet. Därför kan den användas i mikroelektronikapplikationer eller i mycket små elektroniska enheter.
Artikelindex
I kiselnitrid är varje kiselatom (Si) kovalent bunden med de 4 kväveatomerna (N). Omvänt är varje kväveatom fäst vid de 3 kiselatomerna.
Därför är bindningarna mycket starka och ger föreningen hög stabilitet..
Kiselnitrid har tre kristallina strukturer: alfa (α-Si3N4), beta (P-Si3N4och gamma (y-Si3N4). Alfa och beta är de vanligaste. Gamma erhålls vid höga tryck och temperaturer och är det svåraste.
Fast ljusgrå.
140,28 g / mol
1900 ºC
3,44 g / cm3
Olöslig i vatten. Löslig i fluorvätesyra HF.
Detta är en mycket stabil förening på grund av hur kisel- och kväveatomerna är bundna i Si3N4.
Kiselnitrid har utmärkt motståndskraft mot saltsyra (HCl) och svavelsyra (HtvåSW4). Det är också mycket resistent mot oxidation. Den är beständig mot gjuten aluminium och dess legeringar.
Den har god beständighet mot termisk chock, hög retention av hårdhet vid förhöjda temperaturer, utmärkt motståndskraft mot erosion och slitage, och utmärkt motståndskraft mot korrosion.
Den har en exceptionell hårdhet som möjliggör applicering av tunna materialtjocklekar. Bibehåller dess egenskaper vid höga temperaturer.
Kiselnitridfilmer är utmärkta barriärer mot diffusion av vatten, syre och metaller, även vid höga temperaturer. De är mycket hårda och har en hög dielektrisk konstant, vilket innebär att de leder el dåligt och fungerar således som en elektrisk isolator..
Det är av alla dessa skäl att det är ett lämpligt material för applikationer med hög temperatur och hög mekanisk spänning..
Det kan erhållas med början från reaktionen mellan ammoniak (NH3) och kiselklorid (SiCl4i vilken kiselamid Si (NHtvå)4 att vid upphettning bildar en imid och sedan kiselnitrid Si3N4.
Reaktionen kan sammanfattas enligt följande:
Kiselklorid + ammoniak → Kiselnitrid + saltsyra
3 SiCl4 (gas) + 4 NH3 (gas) → Ja3N4 (fast) + 12 HCl (gas)
Det tillverkas också genom behandling av kompakt pulverkisel (Si) med kvävgas (Ntvå) vid temperaturer mellan 1200-1400 ° C. Detta material har dock 20-30% mikroporositet som begränsar dess mekaniska hållfasthet..
3 Si (fast) + 2 Ntvå (gas) → Ja3N4 (fast)
Därför sintras Si-pulvret.3N4 för att bilda tätare keramik innebär detta att pulvret utsätts för högt tryck och temperatur.
Kiselnitrid används ofta som ett passiverings- eller skyddsskikt i integrerade kretsar och mikromekaniska strukturer..
En integrerad krets är en struktur som innehåller de elektroniska komponenter som är nödvändiga för att utföra någon funktion. Det kallas också ett chip eller mikrochip.
Han gör3N4 den har utmärkt motståndskraft mot diffusion av vatten, syre och metaller som natrium, varför det fungerar som ett isolerande skikt eller barriär.
Det används också som dielektriskt material, det betyder att det är en dålig elektriskt ledare, så det fungerar som en isolator av detta.
Detta fungerar för mikroelektroniska och fotoniska applikationer (generering och detektering av ljusvågor). Används som ett tunt lager i optiska beläggningar.
Det är det vanligaste dielektriska materialet som används i DRAM-kondensatorer (Dynamic Random Access Memory). Dynamiskt Random Access Memory), som är de som används i datorer eller datorer.
Kiselnitridkeramik har egenskaper med hög hårdhet och slitstyrka, därför används den i tribologiska tekniska tillämpningar, det vill säga användningar där mycket friktion och slitage uppstår..
Han gör3N4 denso uppvisar hög flexibel hållfasthet, hög motståndskraft mot sprickor, god motståndskraft mot dragning eller glidning, hög hårdhet och utmärkt motståndskraft mot erosion.
Detta uppnås när kiselnitrid bearbetas genom sintring i flytande fas genom tillsats av aluminiumoxid och yttriumoxid (AltvåELLER3 + YtvåELLER3) vid temperaturer 1750-1900 ° C.
Sintring består av att utsätta ett sammansatt pulver för höga tryck och temperaturer för att erhålla ett tätare och mer kompakt material.
Kiselnitridkeramik kan användas till exempel i aluminiumsmältningsutrustning, dvs. mycket heta platser där det finns smält aluminium.
Strukturen av kiselnitridkeramik ger ett utmärkt tillfälle att optimera egenskaperna för specifika applikationer enligt ingenjörernas krav. Även många av dess potentiella applikationer har ännu inte realiserats..
Sedan 1989 konstaterades att Si3N4 det är ett biokompatibelt material, vilket innebär att det kan ersätta en del av en levande organism utan att orsaka skador och tillåta regenerering av vävnaden runt den.
Den används för att tillverka komponenter för utbyte eller reparation av bärande ben och även intervertebrala anordningar, det vill säga små föremål som gör det möjligt att reparera ryggraden.
I tester utförda på människo- eller djurben, på kort tid, föreningen mellan benet och implantaten eller keramiska bitar av Si3N4.
Kiselnitrid är giftfri, det gynnar cellvidhäftning, normal spridning eller multiplikation av celler och deras differentiering eller tillväxt efter celltyp.
För denna applikation har Si3N4 har tidigare utsatts för en sintringsprocess med tillsatser av aluminiumoxid och yttriumoxid (AltvåELLER3+YtvåELLER3). Detta består i att applicera tryck och hög temperatur på Si-pulvret.3N4 plus tillsatser.
Denna procedur ger det resulterande materialet förmågan att förhindra bakterietillväxt, vilket minskar risken för infektion och gynnar kroppens cellulära metabolism..
Därför öppnar det möjligheten att främja snabbare läkning i benreparationsanordningar..
Används i applikationer med hög temperatur där slitstyrka krävs, t.ex. lager (delar som stöder rotationsrörelse i maskiner) och skärverktyg.
Den används också i turbinblad (maskiner bildade av en trumma med blad som roterar när de passerar vatten eller en gas och därmed genererar energi) och glödande anslutningar (fogar vid höga temperaturer).
Används i termoelementrör (temperaturgivare), smält deglar och raketbränsleinjektorer.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.