Silicio nitridas Si3n4

Silicio nitrido produktai pagal procesą gali būti skirstomi į reakcijos sukepinimo produktus, karšto presavimo produktus, atmosferos slėgio sukepinimo produktus, izostatinio presavimo sukepinimo produktus ir sunkius reakcijos sukepinimo produktus. Tarp jų, reakcinis sukepinimas yra dažniausiai naudojamas ugniai atsparių silicio nitrido produktų gamybos būdas.

Silicio nitrido produktų gamyba reakcijos sukepinimo metodu yra smulkiai sumaltų silicio miltelių gamyba (dalelių dydis paprastai yra mažesnis nei 80 μm), liejimas mechaniniu arba izostatiniu presavimu, po to, kai žalias korpusas išdžiovinamas, kaitinamas iki 1350–1400 laipsnių azote, ir tuo pačiu metu deginimo proceso metu azotuojamas. Taikant šį gamybos būdą, žaliavos sąlygos, degimo procesas ir atmosferos sąlygos turi didelę įtaką gaminio veikimui.

Silicio milteliuose yra daug priemaišų, tokių kaip Fe, Ca, Aì, Ti ir kt. Fe laikomas reakcijos proceso katalizatoriumi. Tai gali skatinti silicio sklaidą, tačiau tuo pačiu metu jis taip pat sukels defektų, tokių kaip poringumas. Pagrindinis Fe, kaip priedo, vaidmuo: jis gali būti naudojamas kaip katalizatorius reakcijos procese, skatinantis SiO2 oksido plėvelės susidarymą gaminio paviršiuje; Susidaro geležies-silicio lydalo sistema, o skystame FeSi2 ištirpinamas azotas, kuris skatina -Si3N4 susidarymą. Tačiau jei geležies dalelės yra per didelės arba jos kiekis per didelis, gaminyje taip pat atsiras defektų, tokių kaip poringumas, o tai sumažins našumą. Paprastai pridedamas geležies kiekis yra 0~5%. Priemaišos, tokios kaip Al, Ca, Ti ir kitos priemaišos, lengvai sudaro eutektiką su siliciu. Tinkamas priedo kiekis gali paskatinti sukepinimą ir pagerinti gaminio veikimą.

Kuo smulkesnis dalelių dydis ir didesnis specifinis paviršiaus plotas, tuo žemesnė degimo temperatūra. Palyginti su stambesniu dalelių dydžiu, -Si3N4 kiekis produkte padidėja. Sumažinus silicio dioksido dūmų dalelių dydį, gali sumažėti gaminio mikroskopinių porų dydis. Tinkamas dalelių dydžio santykis gali pagerinti produktų tankį.

Temperatūra turi didelę įtaką azotavimo greičiui. Nitridavimo reakcija prasideda 970–1000 laipsnių, o reakcijos greitis paspartėja maždaug 1250 laipsnių. Aukštos temperatūros stadijoje dėl egzoterminės reakcijos, jei temperatūra greitai viršija silicio lydymosi temperatūrą (1420 laipsnių), silicį lengva tekėti, todėl silicio miltelių korpusas išsilydys ir subyrės.

2023 m. balandžio mėn. Leibnizo universiteto Fotonikos instituto direktorius Michaelas M. „Hibridinės technologijos“ pagalba Kus komanda sujungė lazerį iš indžio fosfido, filtrą ir ertmę iš silicio nitrido ir integravo juos į vieną lustą. 

2023 m. Korėjos medžiagų tyrimų instituto Inžinerinės keramikos laboratorijos tyrimų grupė pagamino silicio nitrido guolių rutulius, skirtus elektromobilių pavaros moduliams. Tikimasi, kad pasaulinė hibridinių guolių, kuriuose naudojama silicio nitrido rutulinio rutulio technologija, rinkos dydis išaugs iki daugiau nei 1,3 trilijoną laimėjo iki 2026 m.