Nitruro di silicio alfa Si3N4

 

Il nitruro di silicio è una sostanza inorganica con la formula chimica Si3N4. È un importante materiale ceramico strutturale con elevata durezza, lubrificazione intrinseca, resistenza all'usura e cristalli atomici; resistente all'ossidazione alle alte temperature. Inoltre, può resistere agli effetti del freddo e del caldo. Non si romperà se viene riscaldato a più di 1000 gradi Celsius nell'aria, raffreddato rapidamente e quindi riscaldato rapidamente.

 

 

 

	-Si3N4
Struttura cristallina	la fase esagonale Si3N4;
Densità	densità inferiore rispetto a -Si3N4;
Stabilità della temperatura	stabile a temperature più basse, tipicamente fino a circa 1300 gradi;
Proprietà	buona resistenza all'ossidazione a temperature moderate ed è adatto per applicazioni in cui non è richiesta stabilità alle alte temperature;

 

Processo di produzione del nitruro di silicio

A seconda del processo di produzione, i prodotti di nitruro di silicio possono essere suddivisi in prodotti di sinterizzazione di reazione, prodotti di pressatura a caldo, prodotti di sinterizzazione atmosferica, prodotti di pressione isostatica e prodotti di rifusione reattivi. Tra questi, la sinterizzazione per reazione è un metodo comune per produrre prodotti refrattari al nitruro di silicio.

 

Il metodo di sinterizzazione di reazione per la produzione di prodotti in nitruro di silicio prevede che la polvere di silicio finemente macinata (con una dimensione delle particelle generalmente inferiore a 80 μm) sia formata mediante pressatura meccanica o isostatica. Dopo che il corpo verde è stato essiccato, viene riscaldato in azoto a 1350 - 1400 gradi. Durante la sinterizzazione avviene contemporaneamente la nitrurazione. Con questo metodo produttivo le condizioni delle materie prime, il processo di cottura e le condizioni atmosferiche influiscono notevolmente sulle prestazioni del prodotto.

 

La polvere di silicio contiene molte impurità come Fe, Ca, Al, Ti, ecc. Il Fe è considerato un catalizzatore nel processo di reazione. Può favorire la diffusione del silicio, ma allo stesso tempo può causare difetti come i pori. La funzione principale del Fe come additivo: può essere utilizzato come catalizzatore nel processo di reazione per favorire la formazione di un film di ossido di SiO2 sulla superficie del prodotto; per formare un sistema fuso di silicato di ferro, l'azoto si dissolve nel FeSi2 liquido e favorisce la formazione di -Si3N4. Tuttavia, se le particelle di ferro sono troppo grandi o il contenuto è troppo elevato, si causeranno anche difetti come i pori nel prodotto, che ne ridurranno le prestazioni. Generalmente viene aggiunto dal 0 al 5% di ferro. Impurezze come Al, Ca e Ti possono facilmente formare eutettico con il silicio. Un'aggiunta adeguata può favorire la sinterizzazione e migliorare le prestazioni dei prodotti.

 

Quanto più fine è la dimensione delle particelle della polvere di silicio e quanto maggiore è la superficie specifica, tanto più bassa può essere la temperatura di sinterizzazione. Rispetto alla polvere di silicio con particelle di dimensioni maggiori, il contenuto di -Si3N4 nel prodotto è maggiore per la polvere di silicio più fine. Ridurre la dimensione delle particelle della polvere di silicio può ridurre la dimensione microscopica dei pori del prodotto. Il corretto rapporto granulometrico può aumentare la densità del prodotto.

La temperatura ha una grande influenza sulla velocità di nitrurazione. La reazione di nitrurazione inizia a 970-1000 gradi e la velocità di reazione aumenta fino a circa 1250 gradi. Nella fase ad alta temperatura, se la temperatura supera rapidamente il punto di fusione del silicio (1420 gradi), si verificherà facilmente un flusso di silicio a causa della reazione esotermica, causando la fusione e il collasso della polvere di silicio.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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