سیلیکون نیترید Si3n4

محصولات نیترید سیلیکون را می توان به محصولات تف جوشی واکنش، محصولات پرس گرم، محصولات تف جوشی تحت فشار اتمسفر، محصولات پخت پرس ایزواستاتیک و محصولات پخت سنگین واکنش تقسیم کرد. در میان آنها، تف جوشی واکنشی یک روش متداول برای تولید محصولات نسوز نیترید سیلیکون است.

تولید محصولات نیترید سیلیکون با روش تف جوشی واکنشی برای تولید پودر سیلیکون ریز آسیاب شده (اندازه ذرات به طور کلی کمتر از 80 میکرومتر است)، قالب گیری با فشار مکانیکی یا ایزواستاتیک، پس از خشک شدن بدن سبز، حرارت دادن به 1350 تا 1400 درجه در نیتروژن، و در همان زمان در طی فرآیند پخت نیترید می شوند. با این روش تولید، شرایط مواد اولیه، فرآیند پخت و شرایط جوی تاثیر زیادی بر عملکرد محصول دارد.

پودر سیلیس حاوی ناخالصی های زیادی مانند Fe، Ca، Aì، Ti و غیره است. Fe به عنوان یک کاتالیزور در فرآیند واکنش در نظر گرفته می شود. این می تواند باعث انتشار سیلیکون شود، اما در عین حال باعث ایجاد نقص هایی مانند تخلخل نیز می شود. نقش اصلی آهن به عنوان یک افزودنی: می توان از آن به عنوان یک کاتالیزور در فرآیند واکنش برای ترویج تشکیل فیلم اکسید SiO2 در سطح محصول استفاده کرد. یک سیستم ذوب آهن-سیلیکون تشکیل می شود و نیتروژن در FeSi2 مایع حل می شود که باعث تشکیل -Si3N4 می شود. اما اگر ذرات آهن خیلی بزرگ باشد یا محتوای آن خیلی زیاد باشد، عیوبی مانند تخلخل نیز در محصول ظاهر می شود که باعث کاهش کارایی می شود. به طور کلی، مقدار آهن اضافه شده 0~5٪ است. ناخالصی هایی مانند Al، Ca، Ti و سایر ناخالصی ها به راحتی با سیلیکون تشکیل می شوند. مقدار مناسب افزودنی می تواند باعث افزایش پخت و بهبود عملکرد محصول شود.

هرچه اندازه ذرات ریزتر و سطح ویژه بزرگتر باشد، دمای پخت کمتر می شود. در مقایسه با اندازه ذرات درشت تر، مقدار -Si3N4 در محصول افزایش یافته است. کاهش اندازه ذرات بخار سیلیس می تواند اندازه منافذ میکروسکوپی محصول را کاهش دهد. نسبت اندازه ذرات مناسب می تواند چگالی محصولات را بهبود بخشد.

دما تأثیر زیادی بر سرعت نیترید شدن دارد. واکنش نیترید در 970 تا 1000 درجه شروع می شود و سرعت واکنش در حدود 1250 درجه تسریع می شود. در مرحله دمای بالا، به دلیل واکنش گرمازا، اگر دما به سرعت از نقطه ذوب سیلیکون (1420 درجه) بیشتر شود، به راحتی سیلیکون جاری می شود که باعث ذوب و فروپاشی بدنه پودر سیلیکون می شود.

در آوریل 2023، مدیر مؤسسه فوتونیک در دانشگاه لایبنیتز، مایکل M. با کمک "فناوری هیبریدی"، تیم Kus یک لیزر ساخته شده از فسفید ایندیم، یک فیلتر و یک حفره ساخته شده از نیترید سیلیکون را ترکیب و یکپارچه کرد. آنها را بر روی یک تراشه واحد. 

در سال 2023، یک تیم تحقیقاتی از آزمایشگاه سرامیک مهندسی مؤسسه تحقیقات مواد کره، توپ‌های نیترید سیلیکونی را برای ماژول‌های محرک خودروهای الکتریکی ساختند. انتظار می‌رود اندازه بازار جهانی بلبرینگ‌های هیبریدی با استفاده از فناوری توپ نیترید سیلیکون به بیش از 1.3 برسد. تریلیون برنده تا سال 2026