نيتريد السيليكون

نبذة عن نيتريد السيليكون

نظرًا لأنها واحدة من أكثر المواد الخزفية التقنية استقرارًا من الناحية الديناميكية الحرارية مع صلابة عالية أيضًا، فإن سيراميك نيتريد السيليكون مثالي للأجزاء المحامل، خاصةً تلك المطلوبة للعمل بسرعة عالية ودرجة حرارة عالية. وقد تم بالفعل استخدام كرات تحمل Si3N4 في السيارات، والمحركات الصاروخية عالية السرعة، والمعدات التي تعمل في بيئة تآكل، وبعض السيارات ذات الأداء العالي. بالمقارنة مع الفولاذ، تتمتع كرات السيراميك عالية الأداء بخصائص ميكانيكية أفضل تحت درجات حرارة عالية ويمكنها تحمل معظم المواد الكيميائية المسببة للتآكل.

كما تم استخدام نيتريد السيليكون في تطبيقات درجات الحرارة العالية، مثل محركات الصواريخ. وقد اعتُبرت واحدة من المواد الخزفية المتجانسة القليلة التي يمكنها النجاة من الصدمة الحرارية الشديدة والتدرجات الحرارية المتولدة في محركات الصواريخ التي تعمل بالأكسجين الهيدروجيني.

أنواع سيراميك نيتريد السيليكون

يتوفر سيراميك نيتريد السيليكون في عدة أنواع، يتم إنتاج كل منها باستخدام طرق تصنيع مختلفة، مما يؤدي إلى اختلافات في خصائصها وتطبيقاتها. وتشمل الأنواع الرئيسية ما يلي:

1. نيتريد السيليكون المرتبط بالتفاعل (RBSN):

   • مصنوعة عن طريق نيترة السيليكون المضغوط عند درجة حرارة 1450 درجة مئوية تقريباً.

   • ينمو نيتريد السيليكون المترابط في مسامية المضغوط، مما يؤدي إلى الحد الأدنى من التغيير في الأبعاد.

   • يسمح بإنتاج شكل شبه صافٍ، مما يقلل من الحاجة إلى الطحن المكلف.

   • يحتوي على مسامية، مما يؤدي إلى انخفاض الخواص الميكانيكية مقارنةً بالأنواع الأخرى.

   • غير مكلف نسبياً في الإنتاج.

   • التطبيقات: أثاث الفرن.

2. نيتريد السيليكون المضغوط على الساخن (HPSN):

   • التطبيقات كأدوات قطع.

   • أشكال بسيطة بسبب الحاجة إلى الطحن بالماس.

   • أكثر تكلفة وحل محلها إلى حد كبير SSN.

3. نيتريد السيليكون الملبد المترابط بالتفاعل (SRBSN):

   • محاولة لتقليل المسامية النهائية لـ RBSN، مما يحسّن خصائصه الميكانيكية.

   • وقد أظهرت التطورات الأخيرة تحسينات في المتانة ومقاومة الصدمات بسبب نمو حبيبات نيتريد السيليكون العاكسة للتشقق.

4. نيتريد السيليكون الملبد بضغط الغاز (GPSN):

   • يتم الحصول عليها عند ضغط 1 ~ 10MPA وحوالي 2000 ℃.

   • يحول ضغط النيتروجين المرتفع دون الانحلال الحراري لنيتريد السيليكون ويعزز نمو حبيبات Si3N4 بحيث يمكن الحصول على سيراميك عالي الصلابة بكثافة >99%.

   • ويتميز نيتريد السيليكون الملبد بصلابة عالية وقوة عالية ومقاومة ممتازة للتآكل؛ ويتمتع بأداء معالجة جيد ويمكن معالجته مباشرةً في الشكل المستهدف، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الإنتاج وتكاليف المعالجة.

5. نيتريد السليكون الملبد (SSN):

   • يتم تكثيفه عن طريق التلبيد بدون ضغط في جو من النيتروجين عند حوالي 1750 درجة مئوية.

   • يستخدم مواد مضافة للتلبيد مثل أكسيد الإيتريوم وأكسيد المغنيسيوم وأكسيد الألومنيوم للمساعدة في التكثيف.

   • يوفر أفضل الخواص الميكانيكية لنيتريد السيليكون.

   • الأكثر استخداماً على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية.

   • التطبيقات: مناولة المعادن المنصهرة، والتآكل الصناعي، وتشكيل المعادن، وصناعات النفط والغاز، والصناعات الكيميائية والتحويلية.

خصائص نيتريد السيليكون

• قوة عالية: يحافظ على قوته حتى في درجات الحرارة العالية.
• الصلابة: مادة شديدة الصلابة (8.5 على مقياس موس).
• الصلابة: مقاومة للكسر والتآكل.
• الثبات الحراري: مقاومة ممتازة للصدمات الحرارية وتحافظ على ثبات الأبعاد في درجات الحرارة العالية.
• خمول كيميائي: خامل كيميائيًا: خامل كيميائيًا نسبيًا، يقاوم هجوم معظم الأحماض والقلويات.
• منخفض الكثافة: مادة خفيفة الوزن بكثافة تبلغ حوالي 3.2 جم/سم مكعب.
• عازل كهربائي: عازل كهربائي جيد.

تطبيقات نيتريد السيليكون

الخصائص الفريدة لنيتريد السيليكون تجعله مناسباً لمجموعة واسعة من التطبيقات الصعبة:

• صناعة السيارات: يستخدم لمكونات المحرك مثل شمعات التوهج وأذرع الروك ودوارات الشاحن التوربيني.
• صناعة الطيران: المكونات التي تتطلب قوة في درجات الحرارة العالية ومقاومة الصدمات الحرارية.
• أجزاء التآكل الصناعية: المحامل وموانع التسرب وأدوات القطع.
• مناولة المعادن المنصهرة: أغلفة المزدوجات الحرارية والبوتقات.
• الإلكترونيات: الركائز والعوازل.
• الطب: الأدوات الجراحية وزراعة الأسنان.

مسحوق نيتريد السيليكون

يتم إنتاج مسحوق نيتريد السيليكون عالي النقاء باستخدام عملية التحلل بالإيميد، والمعروف بنقائه ومورفولوجيته المتحكم فيها وطوره البلوري. تتوفر درجات مختلفة من المسحوق بأحجام جسيمات وتوزيعات مختلفة لتلبية متطلبات تطبيقات محددة.

البنية البلورية

توجد نيتريد السيليكون في ثلاثة هياكل بلورية رئيسية: المراحل α و β و γ. وتعد المرحلتان α و β الأكثر شيوعًا ويمكن إنتاجهما في ظروف الضغط العادي، بينما يتم تصنيع المرحلة γ تحت ضغوط ودرجات حرارة عالية.يحتوي طورا α- وβ-Si₃No_2084↩ على هياكل ثلاثية وسداسية الأضلاع، على التوالي، مبنية من رباعي نيتريد السيليكون المتشارك في الزوايا.

منتجات نيتريد السيليكون

تتوافر مجموعة متنوعة من منتجات نيتريد السيليكون، بما في ذلك المساحيق والمكونات والأجزاء المصممة خصيصاً. وهذه المنتجات مصممة خصيصاً لتلبية المتطلبات المحددة للتطبيقات المتنوعة في مختلف الصناعات.

فيديو نيتريد السيليكون