סיליקון ניטריד - קרמיקה מבנית עם הביצועים הכוללים הטובים ביותר

קרמיקה מיוחדת מתייחסת לסוג של קרמיקה בעלת תכונות מכניות, פיזיקליות או כימיות מיוחדות, חומרי הגלם בהם נעשה שימוש וטכנולוגיית הייצור הנדרשת שונים מאוד מקרמיקה רגילה ופיתוח. על פי המאפיינים והשימושים, ניתן לחלק קרמיקה מיוחדת לשתי קטגוריות: קרמיקה מבנית וקרמיקה פונקציונלית. ביניהן, קרמיקה מבנית מתייחסת לקרמיקה שניתן להשתמש בה כחומרי מבנה הנדסיים, אשר בדרך כלל בעלי חוזק גבוה, קשיות גבוהה, מודול אלסטיות גבוה, עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני שחיקה, עמידות בפני קורוזיה, עמידות בפני חמצון, עמידות בפני הלם תרמי ומאפיינים אחרים.

ישנם סוגים רבים של קרמיקה מבנית, יתרונות וחסרונות, וכיווני היישום של היתרונות והחסרונות שונים, ביניהם "קרמיקה מסיליקון ניטריד", בשל איזון הביצועים בכל ההיבטים, ידועה כבעלת הביצועים המקיפים המעולים ביותר במשפחת הקרמיקה המבנית, ויש לה מגוון רחב ביותר של יישומים.

יתרונות של קרמיקה מסיליקון ניטריד

ניתן לחלק סיליקון ניטריד (Si3N4) לתרכובות בעלות קשר קוולנטי, כאשר [SiN4] 4-טטרהדרון הוא היחידה המבנית. ניתן לראות את המיקומים הספציפיים של אטומי החנקן והסיליקון באיור למטה, הסיליקון נמצא במרכז הטטרהדרון, ומיקומם של ארבעת קודקודיו תפוסים על ידי אטומי חנקן, ולאחר מכן כל שלושה טטרהדרונים חולקים אטום אחד, ומתפשטים ללא הרף במרחב תלת-ממדי. לבסוף, נוצר מבנה הרשת. רבות מתכונותיו של סיליקון ניטריד קשורות למבנה טטרהדרוני זה.

לסיליקון ניטריד שלושה מבנים גבישיים: פאזות α, β ו-γ, כאשר פאזות α ו-β הן הצורות הנפוצות ביותר של סיליקון ניטריד. מכיוון שאטומי החנקן מחוברים היטב, לסיליקון ניטריד חוזק גבוה, קשיות גבוהה ועמידות בטמפרטורה גבוהה, והקשיות יכולה להגיע ל-HRA91~93; קשיחות תרמית טובה, יכול לעמוד בטמפרטורה גבוהה של 1300~1400℃; תגובה כימית קטנה עם פחמן ומתכת מובילה למקדם חיכוך נמוך; הוא בעל סיכה עצמית ולכן עמיד בפני שחיקה; עמידות בפני קורוזיה חזקה, בנוסף לחומצה הידרופלואורית, הוא אינו מגיב עם חומצות אנאורגניות אחרות, ובטמפרטורה גבוהה יש גם עמידות לחמצון; יש לו גם עמידות טובה להלם תרמי, קירור חד באוויר ולאחר מכן חימום חד לא יתפורר; הזחילה של קרמיקה של סיליקון ניטריד פוחתת בטמפרטורה גבוהה, והדפורמציה הפלסטית האיטית קטנה תחת פעולת טמפרטורה גבוהה ועומס קבוע.

בנוסף, לקרמיקה מסיליקון ניטריד יש גם חוזק ספציפי גבוה, מצב ספציפי גבוה, מוליכות תרמית גבוהה, תכונות חשמליות מצוינות ויתרונות נוספים, ולכן יש לה ערך יישום מיוחד בסביבות קיצוניות כמו טמפרטורה גבוהה, מהירות גבוהה, מדיה קורוזיבית חזקה, והיא נחשבת לאחד מחומרי הקרמיקה המבניים המבטיחים ביותר לפיתוח ויישום, ולעתים קרובות הופכת לבחירה הראשונה ביישומים רבים הדורשים בדיקה.