نیترید سیلیکون - سرامیک های ساختاری با بهترین عملکرد کلی

سرامیک های ویژه به دسته ای از سرامیک ها اطلاق می شود که دارای خواص مکانیکی، فیزیکی یا شیمیایی خاص هستند، مواد اولیه مورد استفاده و تکنولوژی تولید مورد نیاز تفاوت زیادی با سرامیک های معمولی و توسعه یافته دارند. سرامیک های خاص را با توجه به ویژگی ها و کاربردها می توان به دو دسته سرامیک های ساختاری و سرامیک های کاربردی تقسیم کرد. در میان آنها، سرامیک های ساختاری به سرامیک هایی اطلاق می شود که می توانند به عنوان مصالح ساختاری مهندسی مورد استفاده قرار گیرند که به طور کلی دارای استحکام بالا، سختی بالا، مدول الاستیک بالا، مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر اکسیداسیون، مقاومت در برابر شوک حرارتی و سایر ویژگی ها هستند.

سرامیک های سازه ای انواع مختلفی دارند، مزایا و معایب و جهت کاربرد مزایا و معایب متفاوت است که در این میان سرامیک نیترید سیلیکون به دلیل تعادل عملکرد در همه جنبه ها به عنوان عالی ترین عملکرد جامع در جهان شناخته می شود. خانواده سرامیک های ساختاری است و کاربردهای بسیار وسیعی دارد.

مزایای سرامیک نیترید سیلیکون

نیترید سیلیکون (Si3N4) را می توان به ترکیبات پیوند کووالانسی با 4 چهار وجهی [SiN4] به عنوان واحد ساختاری تقسیم کرد. موقعیت‌های خاص اتم‌های نیتروژن و سیلیکون را می‌توان از شکل زیر مشاهده کرد، سیلیسیم در مرکز چهار وجهی قرار دارد و موقعیت‌های چهار راس چهار وجهی توسط اتم‌های نیتروژن اشغال شده است و سپس هر سه چهار وجهی به طور مداوم یک اتم مشترک دارند. گسترش در فضای سه بعدی در نهایت ساختار شبکه شکل می گیرد. بسیاری از خواص نیترید سیلیکون مربوط به این ساختار چهار وجهی است.

سه ساختار کریستالی نیترید سیلیکون وجود دارد که فازهای α، β و γ هستند که فازهای α و β رایج ترین شکل نیترید سیلیکون هستند. از آنجا که اتم های نیتروژن بسیار محکم ترکیب شده اند، نیترید سیلیکون دارای استحکام بالا، سختی بالا و مقاومت در برابر دمای بالا است و سختی می تواند به HRA91~93 برسد. استحکام حرارتی خوب، می تواند دمای بالای 1300 ~ 1400 ℃ را تحمل کند. واکنش شیمیایی کوچک با عناصر کربن و فلز منجر به ضریب اصطکاک کم می شود. این خود روان کننده است و بنابراین در برابر سایش مقاوم است. مقاومت در برابر خوردگی قوی است، علاوه بر اسید هیدروفلوئوریک، با سایر اسیدهای معدنی واکنش نمی دهد، دمای بالا نیز دارای مقاومت در برابر اکسیداسیون است. همچنین دارای مقاومت شوک حرارتی خوب است، خنک کننده شدید در هوا و سپس گرمایش شدید فرو نمی ریزد. خزش سرامیک نیترید سیلیکون در دمای بالا کاهش می یابد و تغییر شکل پلاستیک آهسته تحت تأثیر دمای بالا و بار ثابت کوچک است.

علاوه بر این، سرامیک های نیترید سیلیکون همچنین دارای استحکام ویژه بالا، حالت ویژه بالا، هدایت حرارتی بالا، خواص الکتریکی عالی و مزایای دیگر هستند، بنابراین دارای ارزش کاربردی ویژه در محیط های شدید مانند دمای بالا، سرعت بالا، محیط های خورنده قوی و به عنوان یکی از امیدوارکننده ترین مواد سرامیکی ساختاری برای توسعه و کاربرد در نظر گرفته می شود و اغلب در بسیاری از کاربردهایی که نیاز به آزمایش دارند به اولین انتخاب تبدیل می شود.