สต๊อดเซรามิก Si3N4 ซิลิคอนไนไตรดทนอุณหภูมิสูง ความแข็งแรง 18 Gpa และความทนทานต่อการกัดกร่อน

การประมวลผลแบบกำหนดเอง Si3N4 ชิ้นส่วนก้านเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ทนอุณหภูมิสูง

เนื่องจากทนทานต่อการสึกหรอ ทนต่อการกัดกร่อน ทนต่ออุณหภูมิสูง และมีคุณสมบัติความหนาแน่นต่ำ วัสดุเซรามิกจึงได้รับการยอมรับว่าเป็นวัสดุใหม่ที่มีชีวิตชีวามากที่สุดแห่งหนึ่งในศตวรรษที่ 21 โดยจัดประเภทควบคู่ไปกับวัสดุโลหะ วัสดุโพลีเมอร์ และวัสดุคอมโพสิต ให้เป็นวัสดุวิศวกรรมร่วมสมัยสี่ประเภท

วัสดุเซรามิกแบ่งออกเป็นเซรามิกแบบดั้งเดิมและเซรามิกขั้นสูงตามประสิทธิภาพและการใช้งาน เซรามิกขั้นสูงแตกต่างอย่างมากจากเซรามิกแบบดั้งเดิมในแง่ของวัตถุดิบ โครงสร้าง และเทคนิคการเตรียม ประสิทธิภาพการทำงานยังแตกต่างกันอย่างมาก ด้วยวัสดุเซรามิกขั้นสูงที่เหนือกว่าโลหะผสมและวัสดุโพลีเมอร์คุณภาพสูงสมัยใหม่ในคุณสมบัติบางอย่าง

ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) มีรูปแบบผลึกสามรูปแบบ โดยมีสองรูปแบบที่พบได้ทั่วไป: α-Si3N4 (ผลึกคล้ายเข็ม สีขาวหรือสีขาวนวล) และ β-Si3N4 (รูปทรงโพลีเฮดรอนที่เป็นเม็ดละเอียดหนาแน่นหรือปริซึมสั้นที่มีสีเข้มกว่า) ทั้งสองมีโครงสร้างหกเหลี่ยม

• คุณสมบัติทางความร้อน: สารทนไฟอุณหภูมิสูงที่ไม่มีจุดหลอมเหลว สลายตัวที่อุณหภูมิประมาณ 1900°C ภายใต้ความดันปกติ
• ต้านทานการคืบคลานที่แข็งแกร่งภายใต้แรงดันสูง
• จุดอ่อนตัวของซิลิคอนไนไตรด์เผาปฏิกิริยาที่ไม่มีสารยึดเกาะสามารถมีอุณหภูมิถึง 1800°C
• การนำความร้อนได้ดี
• ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเล็กน้อย
• ประสิทธิภาพของฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมโดยมีค่าสัมประสิทธิ์ไดอิเล็กทริกต่ำและแรงดันพังทลายสูง

• ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน: ไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในบรรยากาศแห้งที่อุณหภูมิต่ำกว่า 800°C
• ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะหลอมเหลว: ต้านทานการแทรกซึมและการกัดกร่อนจากการหลอมโลหะที่เป็นองค์ประกอบ (ยกเว้นทองแดง)
• ความต้านทานต่อการกัดกร่อนของกรด ด่าง และเกลือ: ละลายได้ในกรดไฮโดรฟลูออริก แต่ทนทานต่อกรดเจือจาง

• ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงเป็นเลิศพร้อมการลดทอนน้อยที่สุดที่ 1200°C เมื่อเทียบกับความแข็งแรงของอุณหภูมิห้อง
• อัตราการคืบที่อุณหภูมิสูงต่ำมากเนื่องจากพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่ง
• ความแข็งสูง เป็นรองเพียงวัสดุที่มีความแข็งยิ่งยวด เช่น เพชร ลูกบาศก์ BN และ B4C
• ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีต่ำพร้อมคุณสมบัติการหล่อลื่นในตัวเองคล้ายกับพื้นผิวโลหะที่ทาน้ำมัน

ซิลิกอนไนไตรด์เผาผนึกส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์เป็นวัสดุส่วนประกอบของเครื่องยนต์ การใช้งานได้แก่ แผ่นโยกที่สึกหรอต่ำในเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ เทอร์โบชาร์จเจอร์เพื่อลดความเฉื่อยและความล่าช้าของเครื่องยนต์ และวาล์วควบคุมก๊าซเสียเพื่อการเร่งความเร็วที่ดีขึ้น

เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ให้ความต้านทานแรงกระแทกได้ดีเยี่ยมเมื่อเทียบกับเซรามิกอื่นๆ ตลับลูกปืนเม็ดกลมซิลิคอนไนไตรด์ถูกนำมาใช้ในการใช้งานด้านประสิทธิภาพ รวมถึงเครื่องยนต์หลักของกระสวยอวกาศ NASA ตลับลูกปืนรถยนต์ระดับไฮเอนด์ ตลับลูกปืนอุตสาหกรรม กังหันลม และอุปกรณ์กีฬาต่างๆ

ซิลิคอนไนไตรด์เสาหินจำนวนมากทำหน้าที่เป็นวัสดุเครื่องมือตัดเนื่องจากมีความแข็ง ความคงตัวทางความร้อน และความต้านทานการสึกหรอ แนะนำเป็นพิเศษสำหรับการกลึงเหล็กหล่อ เหล็กแข็ง และโลหะผสมนิกเกิลด้วยความเร็วสูง

ใช้เป็นฉนวนและกั้นสารเคมีในการผลิตวงจรรวม ให้การแยกทางไฟฟ้า และทำหน้าที่เป็นมาสก์กัดกรด เหนือกว่าซิลิคอนไดออกไซด์ในฐานะชั้นฟิล์มทู่สำหรับไมโครชิป เนื่องจากมีคุณสมบัติเป็นเกราะป้องกันการแพร่กระจายที่ดีกว่ากับโมเลกุลของน้ำและไอออนโซเดียม