सिलिकॉन नाइट्राइड – सर्वोत्तम समग्र प्रदर्शन वाली संरचनात्मक सिरेमिक

विशेष सिरेमिक से तात्पर्य उन सिरेमिकों से है जिनमें विशेष यांत्रिक, भौतिक या रासायनिक गुण होते हैं। इनके लिए प्रयुक्त कच्चे माल और आवश्यक उत्पादन तकनीक सामान्य सिरेमिकों से काफी भिन्न होती है। विशेषताओं और उपयोगों के आधार पर, विशेष सिरेमिकों को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: संरचनात्मक सिरेमिक और कार्यात्मक सिरेमिक। इनमें से, संरचनात्मक सिरेमिक उन सिरेमिकों को संदर्भित करते हैं जिनका उपयोग इंजीनियरिंग संरचनात्मक सामग्री के रूप में किया जा सकता है। इनमें आमतौर पर उच्च शक्ति, उच्च कठोरता, उच्च प्रत्यास्थता मापांक, उच्च तापमान प्रतिरोध, घिसाव प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध, ऑक्सीकरण प्रतिरोध, ऊष्मीय आघात प्रतिरोध और अन्य विशेषताएं होती हैं।

संरचनात्मक सिरेमिक कई प्रकार के होते हैं, जिनके अपने-अपने फायदे और नुकसान होते हैं, और इन फायदों और नुकसानों के अनुप्रयोग की दिशा भी अलग-अलग होती है। इनमें से "सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक" को सभी पहलुओं में प्रदर्शन के संतुलन के कारण संरचनात्मक सिरेमिक परिवार में सबसे उत्कृष्ट व्यापक प्रदर्शन वाला माना जाता है, और इसके अनुप्रयोगों की एक अत्यंत विस्तृत श्रृंखला है।

सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक के लाभ

सिलिकॉन नाइट्राइड (Si3N4) को सहसंयोजक बंध यौगिकों में विभाजित किया जा सकता है, जिसमें [SiN4] 4-चतुर्भुज संरचनात्मक इकाई है। नाइट्रोजन और सिलिकॉन परमाणुओं की विशिष्ट स्थिति नीचे दिए गए चित्र से देखी जा सकती है। सिलिकॉन चतुर्भुज के केंद्र में स्थित है, और चतुर्भुज के चारों शीर्षों पर नाइट्रोजन परमाणु स्थित हैं। इस प्रकार, प्रत्येक तीन चतुर्भुज एक परमाणु को साझा करते हैं, जो त्रि-आयामी स्थान में निरंतर विस्तार करते हैं। अंततः, एक जाल जैसी संरचना बनती है। सिलिकॉन नाइट्राइड के कई गुण इस चतुर्भुज संरचना से संबंधित हैं।

सिलिकॉन नाइट्राइड की तीन क्रिस्टलीय संरचनाएं होती हैं: α, β और γ चरण, जिनमें से α और β चरण सिलिकॉन नाइट्राइड के सबसे सामान्य रूप हैं। नाइट्रोजन परमाणुओं के अत्यधिक मजबूत संयोजन के कारण, सिलिकॉन नाइट्राइड में उच्च शक्ति, उच्च कठोरता और उच्च तापमान प्रतिरोध क्षमता होती है, और इसकी कठोरता HRA91~93 तक पहुंच सकती है; इसमें अच्छी ऊष्मीय कठोरता होती है, जो 1300~1400℃ के उच्च तापमान को सहन कर सकती है; कार्बन और धातु तत्वों के साथ कम रासायनिक अभिक्रिया के कारण इसका घर्षण गुणांक कम होता है; यह स्व-चिकनाईयुक्त होता है और इसलिए घिसाव प्रतिरोधी होता है; संक्षारण प्रतिरोध मजबूत होता है, हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल के अलावा, यह अन्य अकार्बनिक अम्लों के साथ अभिक्रिया नहीं करता है, और उच्च तापमान पर ऑक्सीकरण प्रतिरोध भी रखता है; इसमें ऊष्मीय आघात प्रतिरोध भी अच्छा होता है, हवा में अचानक ठंडा करने और फिर अचानक गर्म करने पर भी यह टूटता नहीं है; उच्च तापमान पर सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक का रेंगना कम हो जाता है, और उच्च तापमान और स्थिर भार के प्रभाव में इसका धीमा प्लास्टिक विरूपण कम होता है।

इसके अतिरिक्त, सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक में उच्च विशिष्ट शक्ति, उच्च विशिष्ट मोड, उच्च तापीय चालकता, उत्कृष्ट विद्युत गुण और अन्य लाभ भी होते हैं, इसलिए उच्च तापमान, उच्च गति, प्रबल संक्षारक माध्यम जैसे चरम वातावरण में इसका विशेष अनुप्रयोग मूल्य है, और इसे विकास और अनुप्रयोग के लिए सबसे आशाजनक संरचनात्मक सिरेमिक सामग्रियों में से एक माना जाता है, और अक्सर परीक्षण किए जाने वाले कई अनुप्रयोगों में यह पहली पसंद बन जाता है।