Was ist Siliziumnitrid
Siliziumnitrid (SI3N4) ist eine polykristalline anorganische nichtmetallische chemische Verbindung, die auf Silizium- und Stickstoffsynthese basiert, einem signifikanten wichtigen Keramikmaterial.
Siliziumnitridkeramik bietet die mechanischen, thermischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften fast aller fortgeschrittenen Keramiken in einem, insbesondere in einem ultrahoch thermischen Stoßwiderstand und thermisch In vielen harten Umgebungen und anspruchsvollen High-Tech-Branchen haben eine Vielzahl von Anwendungen.
Materielle Vorteile
※ unschlagbare hohe thermische Stoßdämpferwiderstand und -wirkung
※ Hervorragende Servicetemperatur auf 1300 ° in der Luft
※ Überlegene Härte und Verschleißfestigkeit mit niedriger Zutie
※ Hohe mechanische Festigkeitsstabilität unter hoher Temperatur
※ Hohe Biegestärken und Härte mit hoher Fraktur
※ hohe mechanische Müdigkeit und Kriechwiderstand
※ niedrige thermische Expansivität ähnlich wie Si -Chips
※ Gute elektrische Isolierung und dielektrische Festigkeit
※ hohe Steifheit und hohe Steifheit
※ niedrige Dichte mit leichtem Gewicht als die meisten Metalle
※ Ausgezeichnete chemische Stabilität, Korrosion und Erosionsbeständigkeit
Verwendung und Anwendungen
※ Elektronik: Elektrische Isolatoren, Leistungs Halbleitergeräte, fotoelektrische Anzeigegeräte usw.
※ Maschinenbau: Schneidwerkzeuge, hochpräzise Kugellager, Rollenlager, Zahnradräder usw.
※ Medizinisch: Zahnimplantate, gemeinsame Prothese, Reparaturenreparaturen, gemeinsame Implantation, Biosensoren und Diagnosegeräte, drug -Abgabesysteme, mikrochurgische Werkzeuge, implantierbare medizinische Geräte usw.
※ High-Temp-Materialien: Ofen-Zünder, Heizungsrohre, Düsenliner, TIG-Schweißdüsen, Keramik Crucible usw.
※ Automobilindustrie: Motorteile, Turbolader, Bremssystem, Emissionskontrollsystem usw.
※ Luft- und Raumfahrt: Turbinenblätter, Keramikbeschichtung, Keramik -Dünnfilm, Luftfahrtinstrumentierung, aero -Motorfutter usw.
※ Weitere Felder umfassen Solarzellen, Ventile, Dichtungsflächen, Keramikwafer, Keramiksubstrate für Wärmedissipation, Schweißpositioniernadeln, Siliciumnitrid -Wellenleiter, Siliziumnitridmembranen usw.
Siliziumnitridsynthese
Siliziumnitrid enthält hauptsächlich die folgenden Synthesemethoden als synthetisches Keramikmaterial.
※ Direkte Nitring -Methode
Hochpüren Silica-Pulver wird in eine Stickstoffatmosphäre platziert, und die chemische Reaktion wird bei 1300 ° C ~ 1400 ° C durchgeführt, um Siliziumnitridpulver zu erhalten. Seine chemische Formel beträgt 3 Si + 2N2 → Si3N4.
※ Chemische Abscheidungsmethode (CVD)
Die primären Rohstoffe dieser Methode sind Siliziumtetrachlorid, reiner Stickstoff und Wasserstoff, die bei 1000 ° C bis 1200 ° C gemischt sind. Die Reinheit der erhaltenen Nitriding ist hoch. Die chemische Formel (Siliziumnitrid CVD) ist 3sicl4 + 2N2 + 6H2 = Si3N4 + 12HCL
※ Si (NH2) 4 Wärmeleitungsmethode
Siliziumtetrachlorid und Ammoniak werden zuerst zu Si (NH2) 4 und HCl kombiniert, und dann wird Si (NH2) 4 pyrolysiert, um Siliziumnitridpulver zu erhalten.
Seine chemische Formel ist SICL4 + 4NH3 → Si (NH2) 4 + 4HCl, 3SI (NH2) 4 （Erwärmung） → Si3N4 + 8NH3
※ Methode zur karbonthermischen Reduktion
Es ist eine häufig verwendete Methode zur Herstellung von Siliziumnitridpulver; Das Grundprinzip besteht darin, Kohlenstoff zu verwenden, um Siliziumdioxidpulver in einer Hochtemperatur-Stickstoffumgebung zu reduzieren, um Siliziumnitridpulver herzustellen.
Seine chemische Formel lautet: 3sio2 (s) + 6c (s) + 2n2 (g) = si3n4 (s) + 6co (g)
※ Sol-Gel-Methode
Dies ist ein fortschrittlicher Prozess für die Herstellung von Siliziumnitridpulver. Die Sol-Gel-Methode verwendet eine hochaktive Siliziumquelle als Vorläufer, die in der flüssigen Phase gemischt wird, um ein Sol zu bilden. Dann wird ein Siliziumnitridpulver im Nanokala durch Trocknen und Sintern hergestellt. Diese Produktionsmethode führt zu einheitlichem, hochwertigem Siliziumnitridpulver.
※ Selbstpropagationsmethode
Diese Synthesemethode entzündet den Pulverkörper gleichmäßig mit Siliziumpulver und Siliziumnitrid durch eine externe Heizquelle. Es verwendet die Wärme, die durch ihre Reaktion freigesetzt wird, um weiter zu synthetisieren.
Die obigen Synthesemethoden haben Vor- und Nachteile, und in praktischen Anwendungen muss die endgültige Auswahl auf den spezifischen Anforderungen an Produktleistung und -kosten beruhen.
SI3N4 Keramikkristallstruktur
Siliziumnitridkeramik umfasst hauptsächlich α-Si3n4 (Alpha-Silicon-Nitrid), β-Si3n4 (Beta Silicon Nitrid) und γ-Si3n4 (kubisches Siliziumnitrid) ， beziehen sich auf die folgende Abbildung 1. Alpha Silicon Nitrid und Beta Silicon Nitrid sind die meisten gemeinsam.
Siliziumnitridkristallstrukturen
Mit dem Temperaturanstieg wird die kristalline Phase von α-SI3N4 in β-Si3N4 bei 1400 ° C ~ 1800 ° C umgewandelt, diese Metamorphose ist jedoch irreversibel. Daher ist das Auftreten einer Phasentransformation für das Auftreten von α-SI3N4 im Prozess der Hochtemperaturanwendung vorteilhaft. Im Vergleich dazu ist β-Si3N4 ein kristallines stabiles Keramikmaterial in der Thermodynamik.
SI3N4 Keramikvorbereitungsmethoden
Nach verschiedenen Sintermethoden kann es in gasdruckgesinterte Siliziumnitrid unterteilt werden.
reaktionsgebundenes Sinter-Siliziumnitrid, unter Druck stehender Sinter-Silizium-Nitrid und heiß gepresstes Sintern-Silizium-Nitrid. Verschiedene Arten von gesinterten Siliziumnitridkeramiken haben unterschiedliche Getreidemorphologie, intergranular
Morphologie, Porosität und Porenmorphologie, daher sind ihre Eigenschaften sehr unterschiedlich.
※ reaktionsgebundenes Sinter-Siliziumnitrid
Das Siliziumnitridpulver wird zuerst zu einem grünen Billet geformt, der mit der Form des fertigen Produkts übereinstimmt, und dann in einem Stickstoffatmosphäre vorgeworfen wird. Der vorbefugte grüne Billet hat eine spezifische Stärke, die es ermöglicht, bearbeitet zu werden. Da die Schrumpfung von Siliziumnitridmaterial minimal ist (<0,11%), ist die bearbeitete Rohling vollständig gesintert, um ein Produkt mit komplexen Strukturen und relativ präziser Größe zu erhalten. Das Reaktionssintern ist die am häufigsten verwendete Methode zur Herstellung von Siliziumnitridkeramik.
※ Druckloses Sintern
Die unter Druck stehende Sintermethode wird in einer Stickstoffatmosphäre von 1700 ° C ~ 1800 ° C beim atmosphärischen Druck durchgeführt. Die dichte Siliziumnitridkeramik werden unter Verwendung der Zerlegung hergestellt
Reaktion von Siliziumnitridpulver bei hohen Temperaturen. Die nach dieser Methode erstellte Siliziumnitridkeramik hat eine hohe mechanische Festigkeit.
※ Gasdruck sitzen Siliziumnitrid
Pneumatisches Sintern wird im Allgemeinen bei etwa 2000 ° C, 1 ~ 10 mPa durchgeführt. Siliziumnitridpulver wird zu den Hochtemperatur-Sinter-Additiven wie MGO und Y2O3 hinzugefügt, um das Kornwachstum von Siliziumnitrid zu fördern, und Siliziumnitrid-Keramikprodukte mit Reinheit von mehr als 99% und hoher Zähigkeit können erhalten werden.
※ heiß gepresstes Sinter -Siliziumnitrid
Bei der heißpressenen Sintermethode wird eine kleine Menge MGO-, Al2O3- und Hochpuritäts-Silizium-Nitridpulver über 1600 ° C und 1916 mPa hinzugefügt. MGF2, Fe2O3 und andere Sinterzusatzstoffe sind gesintert, um hohe Festigkeit, hohe Härte und Siliziumnitridkeramik mit hoher Dichte zu erhalten.
Letzte Gedanken
Mit der weiteren Erforschung und Erforschung des Mechanismus und der Eigenschaften von Siliziumnitrid-Keramikmaterial anspruchsvolle Branchen und eine umfassendere Auswahl an Anwendungen.
Jinghui Industry Ltd.
