Paano gumawa ng silikon nitride

Ang silikon nitride, isang mataas na pagganap na ceramic material, ay inhinyero upang maging higit sa matinding mga kapaligiran. Ito ay isang tambalan ng silikon at nitrogen na may isang natatanging kumbinasyon ng mga pag-aari na ginagawang isang go-to material para sa hinihingi na mga aplikasyon sa maraming mga industriya. Ang artikulong ito ay galugarin kung paano ginawa ang silikon nitride at ang mga tiyak na katangian na ginagawang isang kailangang -kailangan na materyal para sa isang malawak na hanay ng mga produkto.

Ang mga bloke ng gusali ng lakas: Paano ginawa ang silikon nitride

Ang paglikha ng silikon nitride ay isang sopistikadong proseso na nagbabago ng mga hilaw na materyales sa isang lubos na matibay na ceramic. Mayroong maraming mga pamamaraan para sa synthesis nito, bawat isa ay may sariling mga pakinabang, ngunit lahat sila ay nagbabahagi ng pangunahing layunin ng paglikha ng isang malakas, matatag na bono sa pagitan ng mga silikon at nitrogen atoms.

1. Direktang nitridation

Ang pamamaraang ito ay marahil ang pinaka prangka. Ito ay nagsasangkot ng pagpainit ng isang mataas na kadalisayan silikon pulbos sa isang kapaligiran ng nitrogen gas sa temperatura na mula sa 1200 ° C hanggang 1450 ° C. Ang reaksyon ng kemikal ay ang mga sumusunod:

Ang prosesong ito ay medyo simple, ngunit ang maingat na kontrol ng temperatura at kapaligiran ay mahalaga upang matiyak ang isang uniporme at kumpletong reaksyon. Ang nagreresultang pulbos ay pagkatapos ay naproseso pa upang lumikha ng pangwakas na produkto.

2. Pagbabawas ng Carbothermal

Ang pamamaraang ito ay gumagamit ng isang halo ng silica ( $Si{O}_2$ ), carbon, at nitrogen. Ang pinaghalong ay pinainit sa napakataas na temperatura, karaniwang sa pagitan ng 1300 ° C at 1500 ° C. Binabawasan ng carbon ang silica sa silikon, na pagkatapos ay gumanti sa nitrogen upang mabuo silikon nitride . Ang reaksyon ay mas kumplikado, ngunit ang isang pinasimple na bersyon ay:

Ang prosesong ito ay maaaring maging mas epektibo sa gastos para sa malakihang produksyon at nagbibigay-daan para sa isang mataas na antas ng kontrol sa mga katangian ng panghuling pulbos.

Mula sa pulbos hanggang sa bahagi: ang proseso ng pagbuo at pagpapagaan

Kapag ang silikon nitride powder ay synthesized, dapat itong mabuo sa isang solid, magagamit na hugis. Ang proseso ng pagpapagaan ay kritikal dahil ang pangwakas na pagganap ng produkto ay nakasalalay sa density nito at ang kawalan ng mga panloob na voids.

1. Mainit na pagpindot (HP)

Sa pamamaraang ito, ang silikon nitride powder ay inilalagay sa isang grapayt na mamatay at sabay na pinainit at pinindot sa mataas na temperatura (1600 ° C hanggang 1800 ° C) at mga presyon (20 hanggang 50 MPa). Ang pamamaraang ito ay gumagawa ng mga bahagi na may napakataas na density at mahusay na mga mekanikal na katangian, na ginagawang perpekto para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng maximum na lakas.

2. Gas Pressure Sintering (GPS)

Ito ay isang dalawang hakbang na proseso. Una, ang pulbos ay pre-sintered sa isang mataas na density. Pagkatapos, inilalagay ito sa isang mataas na presyon ng nitrogen na kapaligiran at pinainit kahit na mas mataas na temperatura (sa paligid ng 1800 ° C hanggang 2000 ° C). Pinipigilan ng presyon ng gas ang materyal mula sa pagkabulok sa mga mataas na temperatura na ito, na nagpapahintulot sa pambihirang pagpapagaan. Ang pamamaraang ito ay gumagawa ng mga bahagi na may kumplikadong mga hugis at higit na mahusay na mga katangian.

3. Sintering

Maaaring magamit ang tradisyunal na walang hiya na sintering, ngunit madalas itong nangangailangan ng mga nakakatawang pantulong - mga additives tulad ng $Y_2{O}_3$ (yttrium oxide) o $A{l}_2{O}_3$ (aluminyo oxide) - Upang matulungan ang mga particle ng pulbos na magkasama sa mas mababang temperatura. Ang pamamaraang ito ay epektibo at angkop para sa paglikha ng mas kumplikadong mga geometry, kahit na ang pangwakas na mga pag-aari ay maaaring hindi kasing taas ng mainit na pagpindot o GPS.

Ang walang kapantay na mga katangian ng silikon nitride

Ang masusing proseso ng pagmamanupaktura ay nagreresulta sa isang materyal na may isang natatanging kumbinasyon ng mga pag -aari na nagtatakda nito bukod sa iba pang mga keramika at metal.

• Pambihirang katigasan at pagsusuot ng pagsusuot: Ang silikon nitride ay labis na mahirap, ranggo sa ibaba lamang ng brilyante at cubic boron nitride. Ginagawa nitong lubos na lumalaban sa pagsusuot at pag -abrasion, mainam para sa mga bearings, pagputol ng mga tool, at pang -industriya na mga roller.

• Mataas na thermal shock resistance: Hindi tulad ng maraming mga keramika na pumutok sa ilalim ng mabilis na mga pagbabago sa temperatura, ang silikon nitride ay maaaring makatiis ng matinding thermal shock. Ginagawa nitong perpekto para sa mga application tulad ng mga bahagi ng turbine engine at mga bahagi ng hurno na may mataas na temperatura.

• Napakahusay na lakas ng mataas na temperatura: Pinapanatili nito ang mekanikal na lakas at katigasan kahit na sa mga temperatura na lumampas sa 1000 ° C, higit pa sa kung ano ang maaaring hawakan ng karamihan sa mga metal. Ang pag-aari na ito ay mahalaga para sa mga sangkap na ginagamit sa mga makina at iba pang mga high-heat na kapaligiran.

• Mababang pagpapalawak ng thermal: Ang isang mababang koepisyent ng pagpapalawak ng thermal ay nangangahulugang ang materyal ay hindi mapapalawak o magkontrata ng mga pagbabago sa temperatura. Nag -aambag ito sa thermal shock resist at dimensional na katatagan sa mga aplikasyon ng katumpakan.

• Paglaban sa kaagnasan at oksihenasyon: Ang silikon nitride ay lubos na walang kabuluhan at lumalaban sa kaagnasan mula sa maraming mga kemikal at acid. Mayroon din itong mahusay na pagtutol sa oksihenasyon, ginagawa itong angkop para sa malupit na mga kapaligiran sa pagproseso ng kemikal.

Ang produkto sa pagkilos: mula sa mga sangkap hanggang sa teknolohiyang paggupit

Ang mga natatanging katangian ng silikon nitride ay gagamitin upang lumikha ng isang iba't ibang mga produkto. Isipin mo silikon nitride Ang mga bearings sa mga turbin ng hangin at mga de -koryenteng sasakyan, kung saan ang kanilang mataas na lakas at mababang alitan ay nagdaragdag ng kahusayan at habang buhay. O isaalang -alang ang pagputol ng mga pagsingit at namatay sa pagmamanupaktura, na maaaring hawakan ang matinding bilis at puwersa nang hindi masira. Sa aerospace, ginagamit ito para sa mga sangkap ng engine na dapat makatiis ng blistering heat. Ang kakayahang gumawa ng silikon nitride na may mga naaangkop na katangian ay nangangahulugang maaari itong mai -optimize para sa mga tiyak na gamit, mula sa mga insulating substrate sa electronics hanggang sa mga instrumento sa kirurhiko sa gamot.

Sa konklusyon, ang paggawa ng silikon nitride ay isang kumplikado ngunit reward na proseso na nagbubunga ng isang materyal na walang kaparis na pagganap. Ang kakayahang makatiis ng matinding mga kondisyon, na sinamahan ng lakas at tibay nito, ginagawa itong isang mahalagang sangkap para sa pagbabago sa hindi mabilang na mga industriya. Ang masusing agham sa likod ng paglikha nito ay nagsisiguro na ang bawat produkto na nagdadala ng pangalang Silicon Nitride ay nabubuhay hanggang sa reputasyon nito para sa kahusayan.