le nitrure de silicium C'est un composé inorganique formé d'azote (N) et de silicium (Si). Sa formule chimique est Si3N4. C'est un matériau gris clair ou gris clair d'une dureté et d'une résistance exceptionnelles aux températures élevées.
En raison de ses propriétés, le nitrure de silicium est utilisé dans des applications où une résistance élevée à l'usure et aux températures élevées est requise. Par exemple, il est utilisé pour fabriquer des outils de coupe et des roulements à billes.
Il est utilisé dans les pièces de machines qui doivent résister à des forces mécaniques élevées, telles que les aubes de turbine, qui sont comme de grands cylindres où les aubes doivent tourner à des vitesses élevées avec le passage de l'eau ou des gaz, produisant de l'énergie.
Les céramiques au nitrure de silicium sont utilisées pour fabriquer des pièces qui doivent entrer en contact avec des métaux fondus. Ils servent également à remplacer les os humains ou animaux.
Lui oui3N4 Il a des propriétés d'isolation électrique, c'est-à-dire qu'il ne transmet pas d'électricité. Par conséquent, il peut être utilisé dans des applications microélectroniques ou dans de très petits appareils électroniques.
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Dans le nitrure de silicium, chaque atome de silicium (Si) est lié de manière covalente aux 4 atomes d'azote (N). Vice versa, chaque atome d'azote est lié aux 3 atomes de silicium.
Par conséquent, les liaisons sont très fortes et confèrent une stabilité élevée au composé..
Le nitrure de silicium a trois structures cristallines: alpha (α-Si3N4), bêta (β-Si3N4) et gamma (γ-Si3N4). Alpha et bêta sont les plus courants. Le gamma est obtenu à des pressions et des températures élevées et est le plus dur.
Gris clair uni.
140,28 g / mol
1900 ºC
3,44 g / cm3
Insoluble dans l'eau. Soluble dans l'acide fluorhydrique HF.
C'est un composé très stable, en raison de la façon dont les atomes de silicium et d'azote sont liés dans Si3N4.
Le nitrure de silicium a une excellente résistance au chlorure (HCl) et au sulfurique (HdeuxSW4). Il est également très résistant à l'oxydation. Il résiste à la fonte d'aluminium et à ses alliages.
Il a une bonne résistance aux chocs thermiques, une rétention élevée de la dureté à des températures élevées, une excellente résistance à l'érosion et à l'usure, et une excellente résistance à la corrosion.
Il a une dureté exceptionnelle qui permet l'application de fines épaisseurs de matière. Conserve ses propriétés à des températures élevées.
Les films de nitrure de silicium sont d'excellentes barrières à la diffusion de l'eau, de l'oxygène et des métaux, même à des températures élevées. Ils sont très durs et ont une constante diélectrique élevée, ce qui signifie qu'ils conduisent mal l'électricité, agissant ainsi comme un isolant électrique..
C'est pour toutes ces raisons qu'il s'agit d'un matériau approprié pour les applications à haute température et à fortes contraintes mécaniques..
Il peut être obtenu à partir de la réaction entre l'ammoniac (NH3) et le chlorure de silicium (SiCl4), dans laquelle l'amide de silicium Si (NHdeux)4 qui, lorsqu'il est chauffé, forme un imide puis du nitrure de silicium Si3N4.
La réaction peut être résumée comme suit:
Chlorure de silicium + ammoniac → nitrure de silicium + acide chlorhydrique
3 SiCl4 (gaz) + 4 NH3 (gaz) → Oui3N4 (solide) + 12 HCl (gaz)
Il est également fabriqué en traitant du silicium compact en poudre (Si) avec de l'azote gazeux (Ndeux) à des températures de 1200-1400 ° C Cependant, ce matériau présente une microporosité de 20 à 30% qui limite sa résistance mécanique..
3 Si (solide) + 2 Ndeux (gaz) → Oui3N4 (solide)
Par conséquent, la poudre de Si est frittée.3N4 pour former une céramique plus dense, cela signifie que la poudre est soumise à une pression et une température élevées.
Le nitrure de silicium est souvent utilisé comme couche de passivation ou de protection dans les circuits intégrés et les structures micromécaniques..
Un circuit intégré est une structure qui contient les composants électroniques nécessaires pour exécuter une fonction. On l'appelle aussi puce ou micropuce.
Lui oui3N4 il a une excellente résistance à la diffusion de l'eau, de l'oxygène et des métaux tels que le sodium, c'est pourquoi il sert de couche isolante ou de barrière.
Il est également utilisé comme matériau diélectrique, cela signifie qu'il est un mauvais conducteur d'électricité, il agit donc comme un isolant de ce.
Cela sert pour les applications microélectroniques et photoniques (génération et détection d'ondes lumineuses). Utilisé comme couche mince dans les revêtements optiques.
C'est le matériau diélectrique le plus couramment utilisé dans les condensateurs à mémoire vive dynamique (DRAM). Mémoire à accès aléatoire dynamique), qui sont ceux utilisés dans les ordinateurs ou les ordinateurs.
La céramique au nitrure de silicium a des propriétés de dureté et de résistance à l'usure élevées, c'est pourquoi elle est utilisée dans les applications d'ingénierie tribologique, c'est-à-dire les utilisations où se produisent beaucoup de friction et d'usure..
Lui oui3N4 denso présente une résistance élevée à la flexibilité, une résistance élevée à la fracture, une bonne résistance à la traînée ou au glissement, une dureté élevée et une excellente résistance à l'érosion.
Ceci est obtenu lorsque le nitrure de silicium est traité par frittage en phase liquide en ajoutant de l'oxyde d'aluminium et de l'oxyde d'yttrium (AldeuxOU ALORS3 + OuideuxOU ALORS3) à des températures de 1750 à 1900 ° C.
Le frittage consiste à soumettre une poudre composée à des pressions et températures élevées pour obtenir un matériau plus dense et plus compact.
La céramique de nitrure de silicium peut être utilisée par exemple dans les équipements de fusion d'aluminium, c'est-à-dire les endroits très chauds où il y a de l'aluminium fondu.
La structure de la céramique au nitrure de silicium offre une excellente opportunité d'optimiser les propriétés pour des applications spécifiques en fonction des demandes des ingénieurs. Même nombre de ses applications potentielles ne se sont pas encore concrétisées..
Depuis 1989, il a été établi que le Si3N4 c'est un matériau biocompatible, ce qui signifie qu'il peut remplacer une partie d'un organisme vivant sans causer de dommages et permettre la régénération du tissu qui l'entoure.
Il est utilisé pour fabriquer des composants pour le remplacement ou la réparation d'os porteurs et également des dispositifs intervertébraux, c'est-à-dire de petits objets permettant de réparer la colonne vertébrale..
Lors d'essais réalisés sur des os humains ou animaux, en peu de temps, l'union entre l'os et les implants ou des morceaux de céramique de Si3N4.
Le nitrure de silicium est non toxique, il favorise l'adhésion cellulaire, la prolifération normale ou la multiplication des cellules et leur différenciation ou croissance par type cellulaire.
Pour cette application, le Si3N4 est préalablement soumis à un processus de frittage avec des additifs d'alumine et d'oxyde d'yttrium (AldeuxOU ALORS3+OuideuxOU ALORS3). Cela consiste à appliquer une pression et une température élevée à la poudre de Si.3N4 plus additifs.
Cette procédure donne au matériau résultant la capacité d'empêcher la croissance bactérienne, de réduire le risque d'infection et de favoriser le métabolisme cellulaire du corps..
Par conséquent, il ouvre la possibilité de favoriser une guérison plus rapide dans les appareils de réparation osseuse..
Utilisé dans les applications à haute température où une résistance à l'usure est requise, comme les roulements (pièces qui supportent le mouvement de rotation dans les machines) et les outils de coupe.
Il est également utilisé dans les aubes de turbine (machines formées par un tambour dont les aubes tournent lors du passage de l'eau ou d'un gaz et génèrent ainsi de l'énergie) et les connexions incandescentes (joints à haute température).
Utilisé dans les tubes de thermocouple (capteurs de température), les creusets en métal fondu et les injecteurs de carburant de fusée.
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