Нитрид кремния - материал будущего с уникальными свойствами

В настоящее время все большее применение в черной и цветной металлургии, стекольной и огнеупорной промышленности находят керамические материалы. Они облают уникальными свойствами, что позволяет улучшить различные области производства. Самым перспективным керамическим материалом является нитрид кремния. Это вещество будущего, благодаря которому перестраиваются различные технологические производства. Например, такие, как золотодобывающая промышленность и всевозможные перерабатывающие заводы.

Что это за вещество?

Нитрид кремния – это уникальный керамический материал, который находит свое применение во многих областях промышленности. Он относится к группе неоксидной керамики, так как не содержит атомы кислорода.

Формула нитрида кремния: Si₃N₄.

Структура

Микроструктура Si₃N₄ представляет собой микростержни, которые образуют цилиндрические кристаллы. Данное свойство оказалось принципиально важным при обработке различных видов чугуна, в частности того, который содержит вставки из керамики. При использовании различных металлов в качестве режущих материалов скорость является не такой большой, как требуется, поэтому необходимо использовать разнообразные смазочно-охлаждающиеся вещества. Благодаря удивительной структуре нитрида кремния, его использование для резки чугуна приводит к тому, что это дает возможно достичь максимальной скорости без необходимости использования смазочных жидкостей. За счет своего уникального состава данный материал обладает высокой ударной вязкостью, а это значит, что вещество обладает высоким сопротивлением к ударам.

Получение

Существуют различные способы получения данного соединения. Один из них – химическое осаждение, которое ведется при температуре от 700 до 900 °С. При использовании такого способа получается соединение в аморфном виде, которое является диэлектриком. При этом возможное содержание в данном материале водорода может составлять до 8%. В таком случае атомы азота и кремния могут образовывать водородные связи с содержащимся в аморфном осадке водородом. Существует зависимость содержания атомов водорода от температуры, при которой проводилось осаждение, а также от соотношения исходных веществ в газовой смеси.

Наибольшее содержание вещества проявляется, если осаждать нитрид кремния в условиях низких температур и при высоком значении концентрации аммиака в газообразной смеси. Если проводить процесс в малом соотношении содержания аммиака к дихлорсилану, то материал будет включать в свой состав достаточно большое количество кремния, что приводит к формированию недостаточных диэлектрических свойств. Сопротивление по отношению к электричеству Si₃N₄ также зависит от температурных условий, при которых его получают.

Получение нитрида кремния – это сложный процесс, где необходимо учитывать разнообразные условия, чтобы продукт соответствовал предъявляемым требованиям. Учитывая, в каких важных областях он находит свое применение, необходимо ответственно подходить к условиям проведения осаждения.

Свойства нитрида кремния

Данный материал представляет собой вещество с уникальными физическими и физико-химическими свойствами.

Одной из важнейших особенностей является то, что данное вещество обладает низкой плотностью и высочайшей ударной вязкостью, что приводит к возможности использования нитридкремниевые материалы в качестве шариков для легких подшипников.

Данный материал является термостойким. Его можно использовать при 1300 °С в окислительной атмосфере и при 1600 °С – в нейтральной. Эти свойства также являются важными для использования в различного рода промышленных производствах, например, при сварочных процессах.

Применение

Благодаря своим уникальным характеристикам, нитрид кремния находит широкое применение в различных областях перерабатывающего производства. Наибольшую значимость данный материал представляет для чугунной промышленности, так как, используя именно его в качестве режущих приспособлений, можно увеличить скорость процесса, а также отказаться от применения охладителей и смазок.

Помимо этого, за счет высокой теплостойкости при различных атмосферах Si₃N₄ применяется при сварке различных материалов. Благодаря уникальному сочетанию трибологических свойств, из нитрида кремния изготавливают шарики для различных видов подшипников.