Nitrur de silici Si3n4

Els productes de nitrur de silici es poden dividir en productes de sinterització de reacció, productes de premsat en calent, productes de sinterització a pressió atmosfèrica, productes de sinterització de premsa isostàtica i productes de sinterització pesada de reacció segons el procés. Entre ells, la sinterització de reacció és un mètode d'ús habitual per a la producció de productes refractaris de nitrur de silici.

La producció de productes de nitrur de silici mitjançant el mètode de sinterització de reacció consisteix a produir pols de silici finament mòlt (la mida de les partícules generalment és inferior a 80 μm), emmotllament per premsat mecànic o isostàtica, després d'assecar el cos verd, escalfar a 1350 ~ 1400 graus de nitrogen, i nitrurat al mateix temps durant el procés de cocció. Amb aquest mètode de producció, les condicions de la matèria primera, el procés de cocció i les condicions de l'atmosfera tenen un gran impacte en el rendiment del producte.

La pols de sílice conté moltes impureses, com ara Fe, Ca, Aì, Ti, etc. Es considera que Fe és un catalitzador en el procés de reacció. Pot afavorir la difusió del silici, però al mateix temps, també provocarà defectes com ara la porositat. El paper principal de Fe com a additiu: es pot utilitzar com a catalitzador en el procés de reacció per promoure la formació de pel·lícula d'òxid de SiO2 a la superfície del producte; Es forma un sistema de fusió ferro-silici i el nitrogen es dissol en FeSi2 líquid, que afavoreix la formació de -Si3N4. Tanmateix, si les partícules de ferro són massa grans o el contingut és massa elevat, també apareixeran defectes com la porositat al producte, que reduiran el rendiment. En general, la quantitat de ferro afegit és del 0~5%. Les impureses com Al, Ca, Ti i altres impureses són fàcils de formar eutèctics amb silici. La quantitat adequada d'addició pot promoure la sinterització i millorar el rendiment del producte.

Com més fina sigui la mida de la partícula i més gran sigui la superfície específica, més baixa serà la temperatura de cocció. En comparació amb la mida de partícula més gruixuda, la quantitat de -Si3N4 al producte augmenta. La reducció de la mida de les partícules del fum de sílice pot reduir la mida dels porus microscòpics del producte. Una proporció de mida de partícula adequada pot millorar la densitat dels productes.

La temperatura té una forta influència en la taxa de nitruració. La reacció de nitruració comença a 970 ~ 1000 graus i la velocitat de reacció s'accelera a uns 1250 graus. En l'etapa d'alta temperatura, a causa de la reacció exotèrmica, si la temperatura supera ràpidament el punt de fusió del silici (1420 graus), és fàcil fluir silici, cosa que farà que el cos de pols de silici es fongui i es col·lapsi.

L'abril de 2023, el director de l'Institut de Fotònica de la Universitat de Leibniz, Michael M. Amb l'ajuda de la "tecnologia híbrida", l'equip de Kus va combinar un làser de fosfur d'indi, un filtre i una cavitat feta de nitrur de silici i integrada. en un sol xip. 

El 2023, un equip d'investigació del Laboratori de Ceràmica d'Enginyeria de l'Institut de Recerca de Materials de Corea ha fabricat boles de coixinets de nitrur de silici per a mòduls d'accionament de vehicles elèctrics. S'espera que la mida del mercat global dels coixinets híbrids que utilitzen la tecnologia de boles de nitrur de silici creixi a més d'1,3. bilions guanyats el 2026.