Silisium Nitruro (SI3N4) struktur, egenskaper, innhenting, bruk

Han Silisium Nitruro Det er en uorganisk forbindelse dannet av nitrogen (N) og silisium (ja). Dens kjemiske formel er hvis₃N₄. Det er et lyse grått eller grått materiale av eksepsjonell hardhet og motstand mot høye temperaturer.

På grunn av den. For eksempel brukes den til å produsere skjæreverktøy og bære kuler.

Silisium nitrid sfære ja₃N₄. Lucasbosch [CC By-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)]. Kilde: Wikimedia Commons.

Det brukes i maskiner som må motstå høye mekaniske krefter, for eksempel turbinpaletter, som er som store sylindere der paletter må vri med høye hastigheter over vann eller gasser, og produserer energi.

Silisium Nituro -keramikk brukes til å lage deler som må komme i kontakt med smeltede metaller. De tjener også til å brukes som erstatning for menneskelige bein eller dyr.

Han gjør₃N₄ Den har elektriske isolatoregenskaper, det vil si at den ikke overfører strøm. Derfor kan det brukes i mikroelektroniske applikasjoner eller veldig små elektroniske enheter.

[TOC]

Struktur

I silisiumnitruro er hvert silisiumatom (Si) kovalent knyttet til de 4 nitrogenatomene (N). Omvendt, hvert nitrogenatom er knyttet til de 3 silisiumatomene.

Derfor er fagforeningene veldig sterke og gir høy stabilitet til forbindelsen.

Lewis struktur av silisiumnitrid ja₃N₄. Grasso Luigi [CC By-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/4.0)]. Kilde: Wikimedia Commons.Struktur i tre dimensjoner av silisiumnitrid hvis₃N₄. Grå = silisium; Blå = nitrogen. Grasso Luigi [CC By-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/4.0)]. Kilde: Wikimedia Commons.

Silisium Nitruro har tre krystallinske strukturer: alfa (α-ja₃N₄), beta (β-si₃N₄) og gamma (y-yes₃N₄). Alfa og beta er de vanligste. Gamma oppnås ved høyt trykk og temperaturer og er den vanskeligste.

Nomenklatur

• Silisium Nitruro
• Trisilicio tetranitride

Egenskaper

Fysisk tilstand

Lyst grått faststoff.

Molekylær vekt

140,28 g/mol

Smeltepunkt

1900 ºC

Tetthet

3,44 g/cm³

Løselighet

Uoppløselig i vann. Løselig i fluorhorsyre HF.

Kan tjene deg: CD3: Kjennetegn, funksjoner

Kjemiske egenskaper

Dette er en veldig stabil forbindelse, på grunn av måten silisium- og nitrogenatomer er knyttet til SI₃N_4.

Silisium Nituro har utmerket motstand mot saltsyrer (HCl) og svovel (H₂SW₄). Det er også veldig motstandsdyktig mot oksidasjon. Det er motstandsdyktig mot smeltet aluminium og legeringer.

Andre egenskaper

Det har god motstand mot termisk sjokk, høy hardhetsretensjon ved høye temperaturer, utmerket motstand mot erosjon og slitasje og utmerket korrosjonsmotstand.

Den har en eksepsjonell hardhet som tillater påføring av tynne tykkelser av materiale. Opprettholder sine egenskaper ved høye temperaturer.

Silisium Nitruro -filmer er utmerkede barrierer for diffusjon av vann, oksygen og metaller, selv ved høye temperaturer. De er veldig harde og har en høy dielektrisk konstant, noe som betyr at strøm fører dårlig, så de fungerer som en elektrisk isolator.

Det er av alle disse grunnene at det er et tilstrekkelig materiale for høye temperaturer og høye mekaniske stressapplikasjoner.

Å skaffe

Det kan oppnås fra reaksjonen mellom ammoniakk (NH₃) og silisiumklorid (sicl₄), der silisium amid produseres (NH₂)₄ at når oppvarmet danner en imida og deretter silisiumnitruro hvis₃N₄.

Reaksjonen kan oppsummeres som følger:

Silisium + ammoniakkklorid → Silisiumnitrid + saltsyre

3 sicl₄ (gass) + 4 nh₃ (gass) → ja₃N₄ (fast) + 12 HCl (gass)

Det er også produsert behandling av silisium (ja) kompakt pulver med nitrogengass (n₂) Ved 1200-1400 ° C temperaturer. Imidlertid har dette materialet 20-30% av mikroporøsiteten som begrenser dens mekaniske kraft.

3 ja (solid) + 2 n₂ (gass) → ja₃N₄ (fast)

Det er grunnen til at støvet i seg selv sintret₃N₄ For å danne mer tett keramikk, betyr dette at støvet gjennomgår høyt trykk og temperatur.

applikasjoner

Innenfor elektronikk

Silisiumnitruro brukes ofte som et lag med passivering eller beskyttelse i integrerte kretsløp og mikromekaniske strukturer.

En integrert krets er en struktur som inneholder de nødvendige elektroniske komponentene for å utføre en eller annen funksjon. Det kalles også chip eller mikrochip.

Kan tjene deg: metallerSilisium Nitruro If₃N₄ Det brukes i mikrobrikkproduksjon. Den opprinnelige opplasteren var Zephyris på engelsk Wikipedia. [CC BY-S (http: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/3.0/]]. Kilde: Wikimedia Commons.

Han gjør₃N₄ Den har utmerket motstand mot diffusjon av vann, oksygen og metaller som natrium, så det fungerer som et isolerende lag eller barriere.

Det brukes også som dielektrisk materiale, dette betyr at det er en dårlig leder av strøm, så det fungerer som en isolator for dette.

Dette tjener for mikroelektroniske og fotoniske anvendelser (generering og påvisning av lysbølger). Det brukes som et fint lag i optiske belegg.

Det er det vanligste dielektriske materialet som brukes i kondensatorer for dynamiske mudder av tilfeldig tilgang (forkortelse for engelsk Dynamisk randomadgangsminne), som er de som brukes på datamaskiner eller datamaskiner.

Dramminne som brukes på datamaskiner eller datamaskiner. Den kan inneholde silisiumnitruro. Victorrocha [CC av (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/3.0)]. Kilde: Wikimedia Commons.

I keramiske materialer

Silisiumnitrid keramikk har høye hardhets- og slitasjeegenskaper, så det brukes i tribologiske ingeniørapplikasjoner, det vil si bruker hvor mye friksjon og slitasje oppstår.

Han gjør₃N₄ Tett har en høy fleksibel kraft, høy bruddmotstand, god drag eller glidemotstand, høy hardhet og utmerket erosjonsmotstand.

Bærende kuler i forskjellige størrelser laget med silisiumnitruro. De tjener til å brukes i maskiner. Lucasbosch [CC By-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)]. Kilde: Wikimedia Commons.

Dette oppnås når silisiumnitruro blir behandlet med måter₂ENTEN₃ + OG₂ENTEN₃) ved temperaturer 1750-1900 ° C.

Sinteringen består av å utsette et støv av en forbindelse til høyt trykk og temperaturer for å oppnå et tett og kompakt materiale.

Silisiumnitrid keramikk kan brukes for eksempel i aluminiumstøpeutstyr, det vil si veldig varme steder der det er smeltet aluminium.

Tetningsrør laget med keramikk av seg selv₃N₄ og brukt i smeltede aluminiumsprosesser. HSHKRC [CC BY-S (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/4.0)]. Kilde: Wikimedia Commons.

Strukturen til Silicon Nituro Ceramics gir en flott mulighet til å optimalisere egenskapene for spesifikke applikasjoner i henhold til ingeniørens krav. Selv mange av potensielle applikasjoner har ennå ikke materialisert seg.

Kan tjene deg: inert materie: konsept, egenskaper, eksempler

Som biomedisinsk materiale

Siden 1989 ble det slått fast at SI₃N₄ Det er et biokompatibelt materiale, som betyr at det kan erstatte en del av en levende organisme uten å forårsake skade og tillate regenerering av vevet rundt det.

Det tjener til å produsere komponenter for utskifting eller reparasjon av bein som støtter belastning og også intervertebrale enheter, det vil si små gjenstander som tillater å reparere ryggraden.

I tester utført i mennesker eller dyr på kort tid, foreningen mellom beinet og implantatene eller keramiske deler av om₃N₄.

Benene i menneskekroppen kan erstattes eller erstattes med silisiumnitridstykker. Forfatter: COM329329. Kilde: Pixabay.

Silisiumnitruro er ikke -toksisk, favoriserer cellulær vedheft, normal spredning eller multiplikasjon av celler og deres celledifferensiering eller vekst.

Hvordan silisiumnitruro er produsert for biomedisin

For denne applikasjonen SI₃N₄ Det er tidligere sendt til en sintringsprosess med aluminiumoksydtilsetningsstoffer og ititriumoksid (til₂ENTEN₃+OG₂ENTEN₃). Dette består i å påføre trykk og høy temperatur på støvet i seg selv₃N₄ pluss tilsetningsstoffer.

Denne prosedyren fører til at det resulterende materialet har evnen til å forhindre bakteriell vekst ved å redusere risikoen for infeksjon og favorisere kroppens cellulære metabolisme.

Derfor åpner det muligheten for å fremme raskere helbredelse i beinreparasjonsenheter.

I flere applikasjoner

Det brukes i høye temperaturapplikasjoner der slitemotstand er nødvendig, for eksempel lagre (deler som støtter roterende bevegelse i maskiner) og skjæreverktøy.

Det brukes også i turbinpaletter (maskiner dannet av en trommel med paletter som vender vann eller gass og dermed genererer energi) og glødende tilkoblinger (skjøter med høy temperatur).

Turbin- eller planmotor, kan palettene dine inneholde silisiumnitruro. Forfatter: LARS_NISSEN_PHOTOART. Kilde: Pixabay.

Det brukes i termokerte rør (temperatursensorer), smeltet metallkroser og rakettdrivstoffinjektorer.

Referanser

1. Bomull, f. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avansert uorganisk kjemi. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
2. ELLER.S. National Library of Medicine. (2019). Silisiumnitrid. Gjenopprettet fra Pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov.
3. Dean, J.TIL. (Redaktør). (1973). Lange's Handbook of Chemistry. Elementh -utgave. McGraw-Hill Book Company.
4. Zhang, J.X.J. og Hoshino, k. (2019). Grunnleggende om nano/mikrofabrikasjon og skalaeffekt. I molekylære sensorer og nanodevices (andre utgave). Gjenopprettet fra Scientedirect.com.
5. Drouet, c. et al. (2017). Typer keramikk. Silisiumnitrid: en introduksjon. I fremskritt i keramiske biomaterialer. Gjenopprettet fra Scientedirect.com.
6. Kita, h. et al. (2013). Gjennomgang og oversikt over silisiumnitrid og Sialon, inkludert deres applikasjoner. I Handbook of Advanced Ceramics (Second Edition). Gjenopprettet fra Scientedirect.com.
7. Ho, h.L. Og Iyer, s.S. (2001). DRAMS. Problemer med nodekapasitans. I Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Gjenopprettet fra Scientedirect.com.
8. Zhang, c. (2014). Underdyring av slitasje og tribologiske egenskaper til keramiske matrikskompositter. I fremskritt i keramiske matrikskompositter (andre utgave). Gjenopprettet fra Scientedirect.com.