Siliciumnitride Si3n4

Siliciumnitrideproducten kunnen worden onderverdeeld in reactie-sinterproducten, warmpersproducten, sinterproducten bij atmosferische druk, isostatisch persen-sinterproducten en reactie-zware sinterproducten volgens het proces. Onder hen is reactiesinteren een veelgebruikte methode voor de productie van vuurvaste producten van siliciumnitride.

De productie van siliciumnitrideproducten door middel van reactie-sintermethode is het produceren van fijngemalen siliciumpoeder (deeltjesgrootte is over het algemeen minder dan 80 μm), vormen door mechanisch of isostatisch persen, nadat het groene lichaam is gedroogd, verwarmd tot 1350 ~ 1400 graden in stikstof, en tegelijkertijd genitreerd tijdens het bakproces. Bij deze productiemethode hebben de grondstofomstandigheden, het bakproces en de atmosfeeromstandigheden een grote invloed op de prestaties van het product.

Silicapoeder bevat veel onzuiverheden, zoals Fe, Ca, Aì, Ti, enz. Fe wordt beschouwd als een katalysator in het reactieproces. Het kan de diffusie van silicium bevorderen, maar zal tegelijkertijd ook defecten zoals porositeit veroorzaken. De belangrijkste rol van Fe als additief: het kan worden gebruikt als katalysator in het reactieproces om de vorming van een SiO2-oxidefilm op het oppervlak van het product te bevorderen; Er wordt een ijzer-silicium-smeltsysteem gevormd en stikstof wordt opgelost in vloeibaar FeSi2, wat de vorming van -Si3N4 bevordert. Als de ijzerdeeltjes echter te groot zijn of het gehalte te hoog, zullen er ook gebreken zoals porositeit in het product optreden, waardoor de prestaties afnemen. Over het algemeen bedraagt ​​de toegevoegde hoeveelheid ijzer 0~5%. Onzuiverheden zoals Al, Ca, Ti en andere onzuiverheden zijn gemakkelijk eutectisch te vormen met silicium. De juiste hoeveelheid toevoeging kan het sinteren bevorderen en de prestatie van het product verbeteren.

Hoe fijner de deeltjesgrootte en hoe groter het specifieke oppervlak, hoe lager de baktemperatuur. Vergeleken met de grovere deeltjesgrootte is de hoeveelheid -Si3N4 in het product toegenomen. Het verkleinen van de deeltjesgrootte van silicadamp kan de microscopische poriegrootte van het product verkleinen. Een geschikte deeltjesgrootteverhouding kan de dichtheid van producten verbeteren.

De temperatuur heeft een sterke invloed op de snelheid van nitreren. De nitreerreactie begint bij 970 ~ 1000 graden en de reactiesnelheid versnelt bij ongeveer 1250 graden. Als de temperatuur in de hoge temperatuurfase snel het smeltpunt van silicium (1420 graden) overschrijdt, als gevolg van de exotherme reactie, is het gemakkelijk om silicium te laten stromen, waardoor het siliciumpoederlichaam zal smelten en instorten.

In april 2023 combineerde de directeur van het Instituut voor Fotonica van de Leibniz Universiteit, Michael M. Met de hulp van "hybride technologie" het Kus-team een ​​laser gemaakt van indiumfosfide, een filter en een holte gemaakt van siliciumnitride en integreerde ze op één enkele chip. 

In 2023 heeft een onderzoeksteam van het Engineering Ceramics Laboratory van het Korea Institute of Materials Research lagerkogels van siliciumnitride vervaardigd voor aandrijfmodules van elektrische voertuigen. De mondiale marktomvang van hybride lagers die gebruik maken van kogeltechnologie van siliciumnitride zal naar verwachting groeien tot meer dan 1,3 biljoen gewonnen in 2026.