Siliconen nitruro (SI3N4) structuur, eigenschappen, verkrijgen, gebruik

Hij silicium nitruro Het is een anorganische verbinding gevormd door stikstof (n) en silicium (ja). De chemische formule is als₃N₄. Het is een helder grijs of grijs materiaal van uitzonderlijke hardheid en weerstand tegen hoge temperaturen.

Vanwege de eigenschappen wordt silicium nituro gebruikt in toepassingen waar een hoge weerstand tegen slijtage en hoge temperaturen vereist is. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt om snijgereedschap en lagerbollen te produceren.

Silicium nitride bol ja₃N₄. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)]. Bron: Wikimedia Commons.

Het wordt gebruikt in stukken machines die moeten weerstaan ​​aan hoge mechanische krachten, zoals turbinepaletten, die zijn als grote cilinders waar paletten met hoge snelheden over water of gassen moeten draaien, waardoor energie wordt geproduceerd,.

Silicium Nituro -keramiek wordt gebruikt om onderdelen te maken die in contact moeten komen met gesmolten metalen. Ze dienen ook om te worden gebruikt als vervanging voor menselijke botten of dieren.

Hij doet₃N₄ Het heeft elektrische isolator -eigenschappen, dat wil zeggen dat het geen elektriciteit verzenden. Daarom kan het worden gebruikt in micro -elektronische toepassingen of zeer kleine elektronische apparaten.

[TOC]

Structuur

In silicium nitruro is elk siliciumatoom (SI) covalent verbonden met de 4 stikstofatomen (n). Vice versa, elk stikstofatoom is gekoppeld aan de 3 siliciumatomen.

Daarom zijn de vakbonden erg sterk en geven ze een hoge stabiliteit aan de compound.

Lewis -structuur van siliciumnitride ja₃N₄. Grasso luigi [cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)]. Bron: Wikimedia Commons.Structuur in drie dimensies van siliciumnitride als₃N₄. Grijs = silicium; Blauw = stikstof. Grasso luigi [cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)]. Bron: Wikimedia Commons.

Silicium Nituro heeft drie kristallijne structuren: alfa (α-yes₃N₄), Beta (β-Si₃N₄) en gamma (γ-yes₃N₄)). Alfa en Beta zijn de meest voorkomende. Gamma wordt verkregen bij hoge drukken en temperaturen en is het moeilijkst.

Nomenclatuur

• Silicium nitruro
• Trisilicio tetranitride

Eigenschappen

Fysieke staat

Helder grijs.

Molecuulgewicht

140.28 g/mol

Smeltpunt

1900 ºC

Dikte

3,44 g/cm³

Oplosbaarheid

Onoplosbaar in water. Oplosbaar in fluorhorinezuur HF.

Kan u van dienst zijn: CD3: kenmerken, functies

Chemische eigenschappen

Dit is een zeer stabiele verbinding, vanwege de manier waarop silicium- en stikstofatomen zijn gekoppeld aan de SI₃N_4.

Silicium Nituro heeft een uitstekende resistentie tegen zoutzuur (HCL) en zwavel-₂SW₄)). Het is ook erg bestand tegen oxidatie. Het is resistent tegen gesmolten aluminium en zijn legeringen.

Andere eigenschappen

Het heeft een goede weerstand tegen thermische schok, retentie met hoge hardheid bij hoge temperaturen, uitstekende weerstand tegen erosie en slijtage, en uitstekende corrosieweerstand.

Het heeft een uitzonderlijke hardheid die het aanbrengen van dunne diktes van materiaal mogelijk maakt. Handhaaft zijn eigenschappen bij hoge temperaturen.

Silicium Nituroro -films zijn uitstekende barrières voor de verspreiding van water, zuurstof en metalen, zelfs bij hoge temperaturen. Ze zijn erg hard en hebben een hoge diëlektrische constante, wat betekent dat elektriciteit slecht leidt, dus fungeren ze als een elektrische isolator.

Het is om al deze redenen dat het een adequaat materiaal is voor hoge temperatuur en hoge mechanische stresstoepassingen.

Het verkrijgen van

Het kan worden verkregen uit de reactie tussen ammoniak (NH₃) en siliciumchloride (SICL₄), waarin siliciumamide wordt geproduceerd (NH₂))₄ dat wanneer verwarmd een imida vormt en dan de silicium nitruro als₃N₄.

De reactie kan als volgt worden samengevat:

Silicium + ammoniakchloride → siliciumnitride + zoutzuurzuur

3 sicl₄ (Gas) + 4 NH₃ (Gas) → Ja₃N₄ (vast) + 12 HCl (gas)

Het wordt ook vervaardigd behandeld silicium (ja) compact poeder met stikstofgas (n₂) Bij de temperaturen van 1200-1400 ° C. Dit materiaal heeft echter 20-30% van de microporositeit die zijn mechanische kracht beperkt.

3 Ja (solide) + 2 n₂ (Gas) → Ja₃N₄ (stevig)

Dat is de reden waarom het stof van zichzelf sinteert₃N₄ Om meer dicht keramiek te vormen, betekent dit dat het stof hoge druk en temperatuur ondergaat.

Toepassingen

Op het gebied van elektronica

Silicium Nituro wordt vaak gebruikt als een laag passivering of bescherming in geïntegreerde circuits en micromechanische structuren.

Een geïntegreerd circuit is een structuur die de benodigde elektronische componenten bevat om een ​​functie uit te voeren. Het wordt ook chip of microchip genoemd.

Kan u van dienst zijn: metalenSilicium nitruro als₃N₄ Het wordt gebruikt in de productie van microchips. De originele uploader was Zephyris bij Engelse Wikipedia. [Cc by-s (http: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/]]. Bron: Wikimedia Commons.

Hij doet₃N₄ Het heeft een uitstekende weerstand tegen de diffusie van water, zuurstof en metalen zoals natrium, dus het dient als een isolerende laag of barrière.

Het wordt ook gebruikt als diëlektrisch materiaal, dit betekent dat het een slechte geleider van elektriciteit is, dus het fungeert als een isolator hiervan.

Dit dient voor micro -elektronische en fotonische toepassingen (generatie en detectie van lichtgolven). Het wordt gebruikt als een fijne laag in optische coatings.

Het is het meest voorkomende diëlektrische materiaal dat wordt gebruikt in condensatoren voor dynamische mudders van willekeurige toegang (acroniem voor Engels Dynamisch willekeurig toegangsgeheugen), die die worden gebruikt op computers of computers.

DRAM -geheugen gebruikt op computers of computers. Het kan silicium nitruro bevatten. Victorrocha [CC door (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/3.0)]. Bron: Wikimedia Commons.

In keramische materialen

Siliciumnitride -keramiek heeft een hoge hardheid en slijtvastheidseigenschappen, dus het wordt gebruikt in tribologische technische toepassingen, dat wil zeggen waar veel wrijving en slijtage plaatsvinden.

Hij doet₃N₄ Dense heeft een hoge flexibele kracht, hoge breukweerstand, goede weerstands- of glijdende weerstand, hoge hardheid en uitstekende erosieweerstand.

Lagersbollen van verschillende maten gemaakt met silicium nitruro. Ze dienen om te worden gebruikt in machines. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)]. Bron: Wikimedia Commons.

Dit wordt verkregen wanneer silicium nitruro wordt verwerkt door middelen₂OF₃ + EN₂OF₃) bij temperaturen van 1750-1900 ° C.

Het sinteren bestaat uit het onderwerpen van een stof van een verbinding met hoge drukken en temperaturen om een ​​dicht en compact materiaal te verkrijgen.

Siliciumnitride -keramiek kan bijvoorbeeld worden gebruikt in aluminium gietapparatuur, dat wil zeggen zeer hete plaatsen waar gesmolten aluminium is.

Afdichtingsbuis gemaakt met keramiek van zichzelf₃N₄ en gebruikt in gesmolten aluminiumprocessen. Hshkrc [cc by-s (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)]. Bron: Wikimedia Commons.

De structuur van silicium nituro -keramiek biedt een geweldige kans om eigenschappen voor specifieke toepassingen te optimaliseren volgens de eisen van ingenieurs. Zelfs veel van zijn potentiële toepassingen zijn nog niet gematerialiseerd.

Kan u van dienst zijn: inert materie: concept, kenmerken, voorbeelden

Als biomedicinemateriaal

Sinds 1989 werd vastgesteld dat de SI₃N₄ Het is een biocompatibel materiaal, wat betekent dat het een deel van een levend organisme kan vervangen zonder schade te veroorzaken en de regeneratie van het weefsel eromheen toe te staan.

Het dient om componenten te produceren voor vervanging of reparatie van botten die de belasting ondersteunen en ook tussenwervelapparaten, dat wil zeggen kleine objecten die de wervelkolom mogelijk maken.

In tests die in korte tijd bij mensen of dieren zijn uitgevoerd, de vereniging tussen het bot en de implantaten of keramische stukken van of₃N₄.

De botten van het menselijk lichaam kunnen worden vervangen of vervangen door stukjes siliciumnitride. Auteur: COM329329. Bron: Pixabay.

Silicium nitruro is niet -toxische, bevordert cellulaire adhesie, normale proliferatie of vermenigvuldiging van cellen en hun celdifferentiatie of groei.

Hoe silicium nitruro wordt vervaardigd voor biomedicine

Voor deze toepassing de SI₃N₄ Het is eerder onderworpen aan een sinterproces met aluminiumoxide -additieven en ititriumoxide (aan₂OF₃+EN₂OF₃)). Dit bestaat uit het uitoefenen van druk en hoge temperatuur op het stof van zichzelf₃N₄ Plus additieven.

Deze procedure zorgt ervoor dat het resulterende materiaal het vermogen heeft om bacteriegroei te voorkomen door het risico op infectie te verminderen en het cellulaire metabolisme van het lichaam te begunstigen.

Daarom opent het de mogelijkheid om snellere genezing in botherstelapparaten te bevorderen.

In verschillende toepassingen

Het wordt gebruikt in toepassingen op hoge temperatuur waar slijtvastheid nodig is, zoals lagers (onderdelen die roterende beweging in machines ondersteunen) en snijgereedschap.

Het wordt ook gebruikt in turbinepaletten (machines gevormd door een trommel met paletten die water of gas veranderen en dus energie genereren) en gloeilampen (gewrichten met hoge temperaturen).

Turbine- of vliegtuigmotor, uw paletten kunnen silicium nitruro bevatten. Auteur: lars_nissen_photoart. Bron: Pixabay.

Het wordt gebruikt in thermoklantenbuizen (temperatuursensoren), gesmolten metaalcrosols en raketbrandstofinjectoren.

Referenties

1. Katoen, f. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
2. OF.S. Nationale bibliotheek van geneeskunde. (2019). Siliciumnitride. Hersteld van PubChem.NCBI.NLM.NIH.Gov.
3. Dean, J.NAAR. (Editor). (1973). Lange's Handbook of Chemistry. Elementh -editie. McGraw-Hill Book Company.
4. Zhang, J.X.J. en Hoshino, K. (2019). Fundamentals van nano/microfabricage en schaaleffect. In moleculaire sensoren en nanodevices (tweede editie). Hersteld van Scientedirect.com.
5. Drouet, c. et al. (2017). Soorten keramiek. Siliconennitride: een introductie. In vooruitgang in keramische biomaterialen. Hersteld van Scientedirect.com.
6. Kita, h. et al. (2013). Bekijk en overzicht van siliciumnitride en Sialon, inclusief hun toepassingen. In Handbook of Advanced Ceramics (tweede editie). Hersteld van Scientedirect.com.
7. Ho, h.L. En iyer, s.S. (2001). Druppels. Knooppuntcapaciteitsproblemen. In Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Hersteld van Scientedirect.com.
8. Zhang, c. (2014). Het onderschrijven van de slijtage en tribologische eigenschappen van keramische matrixcomposieten. In Advances in keramische matrixcomposieten (tweede editie). Hersteld van Scientedirect.com.