Нитрид кремния

О нитриде кремния

Поскольку это один из самых термодинамически стабильных технических керамических материалов с высокой твердостью, керамика из нитрида кремния идеально подходит для изготовления деталей подшипников, особенно тех, которые должны работать при высокой скорости и высокой температуре. Шарики подшипников из Si3N4 уже применяются в автомобилях, высокоскоростных двигателях ракет, оборудовании, работающем в коррозионной среде, и некоторых моделях автомобилей. По сравнению со сталью, высокоэффективные керамические шарики обладают лучшими механическими свойствами при высоких температурах и могут противостоять большинству агрессивных химических веществ.

Нитрид кремния также использовался в высокотемпературных приложениях, например, в ракетных двигателях. Он считался одним из немногих монолитных керамических материалов, способных выдержать сильный тепловой удар и тепловые градиенты, возникающие в водородно-кислородных ракетных двигателях.

Типы керамики на основе нитрида кремния

Керамика на основе нитрида кремния выпускается в нескольких видах, каждый из которых производится с использованием различных методов производства, что приводит к вариациям в ее свойствах и областях применения. Основные виды включают:

1. Реакционно-связанный нитрид кремния (RBSN):

   • Изготавливается путем азотирования компактного кремния при температуре около 1450°C.

   • Si₃N₄ растет в пористости компакта, что приводит к минимальному изменению размеров.

   • Позволяет изготавливать детали практически чистой формы, снижая необходимость в дорогостоящей шлифовке.

   • Содержит пористость, что приводит к снижению механических свойств по сравнению с другими типами.

   • Относительно недорогой в производстве.

   • Применение: мебель для печей.

2. Нитрид кремния горячего прессования (HPSN):

   • Применение в качестве режущего инструмента.

   • Простые формы из-за необходимости алмазной шлифовки.

   • Более дорогой и в значительной степени вытеснен SSN.

3. Спеченный реакционно-связанный нитрид кремния (SRBSN):

   • Попытка уменьшить конечную пористость RBSN, улучшив его механические свойства.

   • Более поздние разработки показали улучшение вязкости и ударопрочности за счет роста зерен нитрида кремния, препятствующих образованию трещин.

4. Спеченный под давлением нитрид кремния (GPSN):

   • Получается при давлении 1~10 МПА и температуре около 2000℃.

   • Высокое давление азота препятствует пиролизу нитрида кремния и способствует росту зерен Si3N4, что позволяет получить высокопрочную керамику с плотностью >99%.

   • GPSN обладает высокой вязкостью, высокой прочностью и отличной износостойкостью; он имеет хорошие технологические характеристики и может быть непосредственно обработан в заданную форму, что значительно снижает производственные затраты и стоимость обработки.

5. Спеченный нитрид кремния (SSN):

   • Плотность достигается путем спекания без давления в атмосфере азота при температуре около 1750°C.

   • При спекании используются такие добавки, как оксид иттрия, оксид магния и оксид алюминия, способствующие уплотнению.

   • Обладает наилучшими механическими свойствами для нитрида кремния.

   • Наиболее широко используется в промышленности.

   • Области применения: обработка расплавленного металла, промышленный износ, обработка металлов давлением, нефтегазовая промышленность, химическая и перерабатывающая промышленность.

Свойства нитрида кремния

• Высокая прочность: Сохраняет прочность даже при высоких температурах.
• Твердость: Очень твердый материал (8,5 по шкале Мооса).
• Жесткость: Устойчивость к разрушению и износу.
• Термическая стабильность: Отличная устойчивость к тепловому удару и сохранение стабильности размеров при высоких температурах.
• Химическая инертность: Относительно химически инертен, устойчив к воздействию большинства кислот и щелочей.
• Низкая плотность: Легкий материал с плотностью около 3,2 г/см³.
• Электроизоляция: Хороший электроизолятор.

Применение нитрида кремния

Уникальные свойства нитрида кремния делают его пригодным для широкого спектра ответственных применений:

• Автомобильная промышленность: Используется для изготовления таких компонентов двигателя, как свечи накаливания, коромысла и роторы турбокомпрессоров.
• Аэрокосмическая промышленность: Компоненты, требующие высокотемпературной прочности и устойчивости к тепловым ударам.
• Промышленные изнашиваемые детали: Подшипники, уплотнения и режущие инструменты.
• Обработка расплавленных металлов: Оболочки термопар и тигли.
• Электроника: Подложки и изоляторы.
• Медицина: хирургические инструменты и зубные имплантаты.

Порошок нитрида кремния

Высокочистый порошок нитрида кремния производится с использованием процесса разложения имида, известного своей чистотой, контролируемой морфологией и кристаллической фазой. Доступны различные сорта порошка с различными размерами и распределением частиц для удовлетворения специфических требований.

Кристаллическая структура

Нитрид кремния существует в трех основных кристаллографических структурах: α, β и γ-фазы. α и β-фазы являются наиболее распространенными и могут быть получены в условиях нормального давления, в то время как γ-фаза синтезируется при высоких давлениях и температурах.α- и β-Si₃N₄ имеют тригональную и гексагональную структуры, соответственно, построенные из разделяющих углы тетраэдров SiN₄.

Продукция из нитрида кремния

Мы предлагаем широкий ассортимент продукции из нитрида кремния, включая порошки, компоненты и детали, изготовленные по индивидуальному заказу. Эти продукты отвечают специфическим требованиям различных отраслей промышленности.

Видео о нитриде кремния