סיליקון ניטריד - קרמיקה מבנית עם הביצועים הכוללים הטובים ביותר

קרמיקה מיוחדת מתייחסת לסוג של קרמיקה עם תכונות מכניות, פיזיקליות או כימיות מיוחדות, חומרי הגלם המשמשים וטכנולוגיית הייצור הנדרשת שונים מאוד מקרמיקה ופיתוח רגילים. על פי המאפיינים והשימושים ניתן לחלק קרמיקה מיוחדת לשתי קטגוריות: קרמיקה מבנית וקרמיקה פונקציונלית. ביניהם, קרמיקה מבנית מתייחסת לקרמיקה שיכולה לשמש כחומרי מבנה הנדסיים, אשר בדרך כלל יש להם חוזק גבוה, קשיות גבוהה, מודול אלסטי גבוה, עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני שחיקה, עמידות בפני קורוזיה, עמידות חמצון, עמידות בפני זעזועים תרמיים ומאפיינים נוספים.

ישנם סוגים רבים של קרמיקה מבנית, יתרונות וחסרונות, וכיוון היישום של היתרונות והחסרונות שונים, ביניהם "קרמיקת סיליקון ניטריד" בגלל איזון הביצועים בכל ההיבטים, ידועה כביצועים המקיפים המצוינים ביותר ב משפחת קרמיקה מבנית, ויש לה מגוון רחב ביותר של יישומים.

היתרונות של קרמיקה סיליקון ניטריד

ניתן לחלק סיליקון ניטריד (Si3N4) לתרכובות קשר קוולנטיות, כאשר היחידה המבנית היא [SiN4] 4-tetrahedron. ניתן לראות את המיקומים הספציפיים של אטומי חנקן וסיליקון מהאיור למטה, הסיליקון נמצא במרכז הטטרהדרון, והמיקומים של ארבעה קודקודים של הטטרהדרון תפוסים על ידי אטומי חנקן, ואז כל שלושה טטרהדרון חולק אטום אחד, כל הזמן משתרע במרחב תלת מימדי. לבסוף נוצר מבנה הרשת. רבות מהתכונות של סיליקון ניטריד קשורות למבנה הטטרהדרלי הזה.

ישנם שלושה מבנים גבישיים של סיליקון ניטריד, שהם שלבי α, β ו- γ, מתוכם שלבי α ו- β הם הצורות הנפוצות ביותר של סיליקון ניטריד. מכיוון שאטומי החנקן משולבים היטב, לסיליקון ניטריד יש חוזק גבוה טוב, קשיות גבוהה ועמידות בטמפרטורה גבוהה, והקשיות יכולה להגיע HRA91 ~ 93; קשיחות תרמית טובה, יכולה לעמוד בטמפרטורה הגבוהה של 1300 ~ 1400 ℃; תגובה כימית קטנה עם יסודות פחמן ומתכת מובילה למקדם חיכוך נמוך; הוא משמן עצמי ולכן עמיד בפני שחיקה; עמידות בפני קורוזיה חזקה, בנוסף לחומצה הידרופלואורית, היא אינה מגיבה עם חומצות אנאורגניות אחרות, לטמפרטורה גבוהה יש גם עמידות לחמצון; יש לו גם עמידות טובה בפני זעזועים תרמיים, קירור חד באוויר ואז חימום חד לא יתפורר; הזחילה של קרמיקה סיליקון ניטריד פוחתת בטמפרטורה גבוהה, והעיוות הפלסטי האיטי קטן תחת פעולה של טמפרטורה גבוהה ועומס קבוע.

בנוסף, לקרמיקת סיליקון ניטריד יש גם חוזק ספציפי גבוה, מצב ספציפי גבוה, מוליכות תרמית גבוהה, תכונות חשמליות מצוינות ויתרונות אחרים, כך שיש לה ערך יישום מיוחד בסביבה קיצונית כגון טמפרטורה גבוהה, מהירות גבוהה, מדיה קורוזיבית חזקה, ו נחשב לאחד מחומרי הקרמיקה המבניים המבטיחים ביותר לפיתוח ויישום, ולעיתים קרובות הופך לבחירה הראשונה ביישומים רבים שצריך להיבדק.