Silisiumnitridkonsept og anvendelse

Kjemi og mikrostruktur av silisiumnitrid
Den molekylære sammensetningen av silisiumnitrid bestemmes av det støkiometriske forholdet mellom silisium og nitrogen, Si3N4. Krystallstrukturen til denne forbindelsen består først og fremst av en tetraedrisk struktur, der hvert nitrogenatom er bundet til tre silisiumatomer, og danner et nettverk av sterke kovalente bindinger. Mikrostrukturen kan manipuleres ved hjelp av forskjellige syntesemetoder, noe som resulterer i forskjellige morfologier som granulat, pulver eller blokker, hver tilpasset spesifikke industrielle behov.

Egenskaper til silisiumnitrid
- Høy hardhet: Silisiumnitrid har en Mohs-hardhet som er høyere enn de fleste metaller og keramikk, noe som gjør den slitesterk.
- Termisk stabilitet: Silisiumnitrid er i stand til å opprettholde sin strukturelle integritet ved temperaturer opp til 1700 grader, noe som gjør det ideelt for høytemperaturapplikasjoner.
- Korrosjonsbestandighet: Silisiumnitrid er motstandsdyktig mot de fleste kjemiske angrep, inkludert syrer og alkalier, og gir langsiktig pålitelighet i korrosive miljøer.
- Elektrisk isolasjon: Selv om silisiumnitrid er termisk ledende, er det en utmerket isolator, noe som gjør den ideell for høyspenningsapplikasjoner.
- Termisk ledningsevne: Den er i stand til å lede varme effektivt, noe som gjør den nyttig i termiske styringssystemer.

Metoder for syntese av silisiumnitrid
Silisiumnitrid kan oppnås på flere metoder:
- Termisk nedbrytning: Silisium reagerer med ammoniakk ved høye temperaturer og danner silisiumnitrid.
- Kjemisk dampavsetning (CVD): Silisium og ammoniakk reagerer i gassfasen og danner en tynn film av silisiumnitrid.
- Reaksjonssintring: Kombinasjonen av silisiumpulver og ammoniakk gjennomgår en høytemperaturreaksjon for å danne en tredimensjonal struktur av silisiumnitrid.