De siliciumnitride Het is een anorganische verbinding gevormd door stikstof (N) en silicium (Si). De chemische formule is Si3N4. Het is een heldergrijs of lichtgrijs materiaal met een uitzonderlijke hardheid en bestand tegen hoge temperaturen.
Vanwege zijn eigenschappen wordt siliciumnitride gebruikt in toepassingen waar een hoge slijtvastheid en hoge temperaturen vereist zijn. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt om snijgereedschappen en kogellagers te vervaardigen.
Het wordt gebruikt in machines die hoge mechanische krachten moeten weerstaan, zoals turbinebladen, die als grote cilinders zijn waarbij de bladen met hoge snelheden moeten draaien met de doorgang van water of gassen, waardoor energie wordt geproduceerd.
Siliciumnitride keramiek wordt gebruikt om onderdelen te maken die in contact moeten komen met gesmolten metalen. Ze dienen ook om te worden gebruikt als vervanging voor menselijke of dierlijke botten.
Hij doet3N4 Het heeft elektrische isolerende eigenschappen, dat wil zeggen dat het geen elektriciteit doorgeeft. Daarom kan het worden gebruikt in micro-elektronische toepassingen of in zeer kleine elektronische apparaten.
Artikel index
In siliciumnitride is elk siliciumatoom (Si) covalent gebonden met de 4 stikstofatomen (N). Omgekeerd zit elk stikstofatoom vast aan de 3 siliciumatomen.
Daarom zijn de bindingen erg sterk en geven ze een hoge stabiliteit aan de verbinding..
Siliciumnitride heeft drie kristallijne structuren: alfa (α-Si3N4), bèta (β-Si3N4) en gamma (γ-Si3N4Alfa en bèta zijn de meest voorkomende. Gamma wordt verkregen bij hoge drukken en temperaturen en is het moeilijkst.
Effen helder grijs.
140,28 g / mol
1900 ºC
3,44 g / cm3
Onoplosbaar in water. Oplosbaar in fluorwaterstofzuur HF.
Dit is een zeer stabiele verbinding, vanwege de manier waarop de silicium- en stikstofatomen in Si zijn gebonden3N4.
Siliciumnitride heeft een uitstekende weerstand tegen zoutzuur (HCl) en zwavelzuur (H.tweeSW4Het is ook zeer goed bestand tegen oxidatie. Het is bestand tegen gegoten aluminium en zijn legeringen.
Het heeft een goede weerstand tegen thermische schokken, een hoog behoud van hardheid bij verhoogde temperaturen, uitstekende weerstand tegen erosie en slijtage, en uitstekende weerstand tegen corrosie.
Het heeft een uitzonderlijke hardheid waardoor dunne materiaaldiktes kunnen worden aangebracht. Behoudt zijn eigenschappen bij hoge temperaturen.
Siliciumnitridefilms zijn uitstekende barrières voor de diffusie van water, zuurstof en metalen, zelfs bij hoge temperaturen. Ze zijn erg hard en hebben een hoge diëlektrische constante, wat betekent dat ze elektriciteit slecht geleiden en dus als elektrische isolator werken..
Om al deze redenen is het een geschikt materiaal voor toepassingen bij hoge temperaturen en hoge mechanische belasting..
Het kan worden verkregen uitgaande van de reactie tussen ammoniak (NH3) en siliciumchloride (SiCl4), waarin siliciumamide Si (NHtwee4 dat bij verhitting een imide vormt en vervolgens siliciumnitride Si3N4.
De reactie kan als volgt worden samengevat:
Siliciumchloride + ammoniak → Siliciumnitride + zoutzuur
3 SiCl4 (gas) + 4 NH3 (gas) → Ja3N4 (vast) + 12 HCl (gas)
Het wordt ook vervaardigd door compact poedersilicium (Si) te behandelen met stikstofgas (N.twee) bij temperaturen van 1200-1400 ° C. Dit materiaal heeft echter een microporositeit van 20-30%, wat de mechanische sterkte beperkt..
3 Si (vast) + 2 Ntwee (gas) → Ja3N4 (solide)
Daarom wordt het Si-poeder gesinterd.3N4 om dichter keramiek te vormen, betekent dit dat het poeder wordt blootgesteld aan hoge druk en temperatuur.
Siliciumnitride wordt vaak gebruikt als passiverings- of beschermingslaag in geïntegreerde schakelingen en micromechanische structuren..
Een geïntegreerd circuit is een structuur die de elektronische componenten bevat die nodig zijn om een bepaalde functie uit te voeren. Het wordt ook wel een chip of microchip genoemd.
Hij doet3N4 het heeft een uitstekende weerstand tegen de diffusie van water, zuurstof en metalen zoals natrium, daarom dient het als een isolatielaag of barrière.
Het wordt ook gebruikt als een diëlektrisch materiaal, dit betekent dat het een slechte geleider van elektriciteit is, dus het fungeert als een isolator hiervan.
Dit dient voor micro-elektronische en fotonische toepassingen (opwekking en detectie van lichtgolven). Gebruikt als een dunne laag in optische coatings.
Het is het meest voorkomende diëlektrische materiaal dat wordt gebruikt in DRAM-condensatoren (Dynamic Random Access Memory). Dynamisch willekeurig toegankelijk geheugen), die worden gebruikt in computers of computers.
Siliciumnitride-keramiek heeft eigenschappen van hoge hardheid en slijtvastheid, daarom wordt het gebruikt in tribologische technische toepassingen, dat wil zeggen toepassingen waarbij veel wrijving en slijtage optreedt..
Hij doet3N4 denso vertoont een hoge flexibele sterkte, hoge breukvastheid, goede weerstand tegen slepen of glijden, hoge hardheid en uitstekende weerstand tegen erosie.
Dit wordt verkregen wanneer siliciumnitride wordt verwerkt door sinteren in vloeibare fase door toevoeging van aluminiumoxide en yttriumoxide (AltweeOF3 + YtweeOF3) bij temperaturen van 1750-1900 ° C.
Sinteren bestaat uit het onderwerpen van een samengesteld poeder aan hoge drukken en temperaturen om een dichter en compacter materiaal te verkrijgen.
Siliciumnitride-keramiek kan bijvoorbeeld worden gebruikt in apparatuur voor het smelten van aluminium, d.w.z. zeer hete plaatsen waar gesmolten aluminium aanwezig is.
De structuur van siliciumnitride-keramiek biedt een geweldige kans om eigenschappen voor specifieke toepassingen te optimaliseren volgens de eisen van ingenieurs. Zelfs veel van de mogelijke toepassingen ervan moeten nog werkelijkheid worden..
Sinds 1989 is vastgesteld dat de Si3N4 het is een biocompatibel materiaal, wat betekent dat het een deel van een levend organisme kan vervangen zonder schade aan te richten en de regeneratie van het weefsel eromheen mogelijk maakt.
Het wordt gebruikt om componenten te vervaardigen voor de vervanging of reparatie van dragende botten en ook tussenwervelschijven, dat wil zeggen kleine voorwerpen waarmee de wervelkolom kan worden gerepareerd..
Bij tests die op menselijke of dierlijke botten worden uitgevoerd, wordt in korte tijd de verbinding tussen het bot en de implantaten of keramische stukjes Si3N4.
Siliciumnitride is niet giftig, het bevordert celadhesie, normale proliferatie of vermenigvuldiging van cellen en hun differentiatie of groei per celtype.
Voor deze toepassing is de Si3N4 eerder onderworpen aan een sinterproces met toevoegingen van aluminiumoxide en yttriumoxide (AltweeOF3+YtweeOF3Dit bestaat uit het uitoefenen van druk en hoge temperatuur op het Si-poeder.3N4 plus toevoegingen.
Deze procedure geeft het resulterende materiaal de mogelijkheid om bacteriegroei te voorkomen, het risico op infectie te verminderen en het cellulaire metabolisme van het lichaam te bevorderen..
Daarom opent het de mogelijkheid om een snellere genezing te bevorderen in apparaten voor botherstel..
Gebruikt in toepassingen bij hoge temperaturen waar slijtvastheid vereist is, zoals lagers (onderdelen die rotatiebewegingen in machines ondersteunen) en snijgereedschappen.
Het wordt ook gebruikt in turbinebladen (machines gevormd door een trommel met bladen die draaien bij het passeren van water of een gas en zo energie opwekken) en gloeiende verbindingen (verbindingen bij hoge temperaturen).
Gebruikt in thermokoppelbuizen (temperatuursensoren), smeltkroezen van metaal en raketbrandstofinjectoren.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.