Struktura Silicon nitruro (Si3n4), lastnosti, pridobivanje, uporabe

On Silicijev nitruro Gre za anorgansko spojino, ki jo tvorita dušik (n) in silicij (da). Njegova kemična formula je, če₃N₄. Je svetlo siv ali siv material izjemne trdote in odpornosti na visoke temperature.

Zaradi svojih lastnosti se silicijev nituro uporablja v aplikacijah, kjer je potrebna visoka odpornost na obrabo in visoke temperature. Na primer, uporablja se za izdelavo orodij za rezanje in ležaj.

Krogla iz silicijevega nitrida da₃N₄. Lucasbosch [cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]. Vir: Wikimedia Commons.

Uporablja se v delih strojev, ki se morajo upreti visokim mehanskim silam, kot so turbinske palete, ki so kot velike jeklenke, kjer se morajo palete z veliko hitrostjo vrteti nad vodo ali plini, kar proizvaja energijo.

Silicon nituro keramika se uporablja za izdelavo delov, ki morajo priti v stik s staljenimi kovinami. Služijo tudi za uporabo kot zamenjava za človeške kosti ali živali.

On dela₃N₄ Ima električne lastnosti izolatorja, torej ne prenaša električne energije. Zato se lahko uporablja v mikroelektronskih aplikacijah ali zelo majhnih elektronskih napravah.

[TOC]

Struktura

V silicijevem nitruroju je vsak silicijev atom (SI) kovalentno povezan s 4 dušikovimi atomi (n). Obratno, vsak atom dušika je povezan s 3 silikonskimi atomi.

Zato so sindikati zelo močni in dajejo visoko stabilnost spojini.

Lewisova struktura silicijevega nitrida da₃N₄. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)]. Vir: Wikimedia Commons.Struktura v treh dimenzijah silicijevega nitrida, če₃N₄. Siva = silicij; Modra = dušik. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)]. Vir: Wikimedia Commons.

Silicon Nitruro ima tri kristalne strukture: alfa (α-yes₃N₄), beta (β-si₃N₄) in gama (γ-yes₃N₄). Alfa in beta sta najpogostejša. Gama dobimo pri visokih tlakih in temperaturah in je najtežji.

Nomenklatura

• Silicijev nitruro
• Trisilicio tetranitrid

Lastnosti

Fizično stanje

Svetlo siva trdna trdna.

Molekularna teža

140,28 g/mol

Tališče

1900 ° C

Gostota

3,44 g/cm³

Topnost

Netopna v vodi. Topno v fluorhorhorhoric kislini HF.

Vam lahko služi: CD3: značilnosti, funkcije

Kemične lastnosti

To je zelo stabilna spojina zaradi načina, kako sta silikonski in dušikovi atomi povezani s Si₃N_4.

Silicon Nituro ima odlično odpornost na klorovodikove kisline (HCl) in žveplo (H₂SW₄). Prav tako je zelo odporen na oksidacijo. Je odporen na staljeni aluminij in njegove zlitine.

Druge lastnosti

Ima dobro odpornost na toplotni šok, zadrževanje visoke trdote pri visokih temperaturah, odlično odpornost na erozijo in obrabo ter odlično korozijsko odpornost.

Ima izjemno trdoto, ki omogoča uporabo tankih debeline materiala. Ohranja svoje lastnosti pri visokih temperaturah.

Filmi iz silicijevega nitruroja so odlične ovire za difuzijo vode, kisika in kovin, tudi pri visokih temperaturah. So zelo trdi in imajo visoko dielektrično konstanto, kar pomeni, da elektrika slabo vodi, zato delujejo kot električni izolator.

Zaradi vseh teh razlogov gre za ustrezen material za visoko temperaturo in visoko mehansko stresno uporabo.

Pridobivanje

Dobimo ga lahko iz reakcije med amoniakom (NH₃) in silicijev klorid (sicl₄), v katerem nastaja silicijev amid (NH₂)₄ da, ko segreje tvori imido in nato silicijev nitruro, če₃N₄.

Reakcijo lahko povzamemo na naslednji način:

Silicij + amonijak klorid → silicijev nitrid + klorovodikova kislina

3 sicl₄ (plin) + 4 NH₃ (plin) → Da₃N₄ (trdna) + 12 HCl (plin)

Prav tako je izdelan obdelava silicijevega (da) kompaktnega prahu z dušikovim plinom (n₂) Pri temperaturah 1200-1400 ° C. Vendar ima ta material 20-30% mikroporoznosti, ki omejuje njeno mehansko silo.

3 Da (trdna) + 2 n₂ (plin) → Da₃N₄ (trdno)

Zato je prah sam sintra₃N₄ Če želite oblikovati bolj gosto keramiko, to pomeni, da je prah pod visokim pritiskom in temperaturi.

Prijave

Na področju elektronike

Silicijev nitruro se pogosto uporablja kot plast pasivacije ali zaščite v integriranih vezjih in mikromehanskih strukturah.

Integrirano vezje je struktura, ki vsebuje potrebne elektronske komponente za izvajanje neke funkcije. Imenuje se tudi čip ali mikročip.

Vam lahko služi: kovineSilicijev nitruro, če₃N₄ Uporablja se v proizvodnji mikročipov. Prvotni nalagalec je bil Zephyris pri angleški Wikipediji. [CC BY-S (http: // createCommons.Org/licence/by-sa/3.0/]]. Vir: Wikimedia Commons.

On dela₃N₄ Ima odlično odpornost na difuzijo vode, kisika in kovin, kot je natrij, zato služi kot izolacijski sloj ali pregrada.

Uporablja se tudi kot dielektrični material, to pomeni, da je slab prevodnik električne energije, zato deluje kot izolator tega.

To služi za mikroelektronske in fotonske uporabe (ustvarjanje in odkrivanje svetlobnih valov). Uporablja se kot fina plast v optičnih prevlekah.

Je najpogostejši dielektrični material, ki se uporablja v kondenzatorjih za dinamične blatnike naključnega dostopa (kratica za angleščino Dinamičen pomnilnik naključnega dostopa), ki so tisti, ki se uporabljajo v računalnikih ali računalnikih.

Dramski pomnilnik, ki se uporablja v računalnikih ali računalnikih. Lahko vsebuje silicijev nitruro. Vickorrocha [cc by (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)]. Vir: Wikimedia Commons.

V keramičnih materialih

Keramika iz silicijevega nitrida ima visoko trdoto in odpornost proti obrabi, zato se uporablja v aplikacijah tribološkega inženiringa, to je uporabe tam, kjer se pojavi veliko trenja in obrabe.

On dela₃N₄ Gosta ima visoko prožno silo, visoko odpornost na zloma, dobro vlečenje ali drsno odpornost, visoko trdoto in odlično odpornost na erozijo.

Nosilne sfere različnih velikosti, narejenih s silicijevim nitrurojem. Služijo za uporabo v strojih. Lucasbosch [cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]. Vir: Wikimedia Commons.

To dobimo, ko silicijev nitruro obdelamo₂Tudi₃ + In₂Tudi₃) pri temperaturah 1750-1900 ° C.

Sintra je sestavljen iz podrejanja prahu spojine do visokih tlakov in temperatur, da dobimo gost in kompakten material.

Keramika iz silicijevega nitrida se lahko uporablja na primer v opremi za vlivanje aluminija, torej zelo vročih krajev, kjer je staljeni aluminij.

Tesnilna cev, narejena s keramiko samega sebe₃N₄ in se uporablja v procesih staljenega aluminija. Hshkrc [cc by-s (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)]. Vir: Wikimedia Commons.

Struktura keramike Silicon Nituro ponuja odlično priložnost za optimizacijo lastnosti za posebne aplikacije v skladu z zahtevami inženirjev. Tudi številne njegove potencialne aplikacije se še niso uresničile.

Vam lahko služi: inertna snov: koncept, značilnosti, primeri

Kot biomedicinski material

Od leta 1989 je bilo ugotovljeno, da je SI₃N₄ Gre za biokompatibilen material, kar pomeni, da lahko nadomesti del živega organizma, ne da bi povzročil škodo in omogočil regeneracijo tkiva okoli njega.

Služi za izdelavo komponent za zamenjavo ali popravilo kosti, ki podpirajo obremenitev in tudi medvretenčne naprave, to so majhni predmeti, ki omogočajo popravilo hrbtenice.

V testih, ki se v kratkem času izvajajo pri človeku ali živalih, združitev med kostjo in vsadki ali keramičnimi kosi₃N₄.

Kosti človeškega telesa lahko zamenjate ali zamenjate s koščki silicijevega nitrida. Avtor: COM329329. Vir: Pixabay.

Silicijev nitruro je netoksičen, daje prednost celični adheziji, normalni proliferaciji ali množenju celic in njihovih celičnih diferenciacij ali rasti.

Kako je izdelan silicijev nitruro za biomedicino

Za to aplikacijo SI₃N₄ Predhodno je predložen v postopek sintranja z aluminskimi aditivi in ​​ititrijevim oksidom (do₂Tudi₃+In₂Tudi₃). To je sestavljeno iz uporabe tlaka in visoke temperature v prahu₃N₄ Plus aditivi.

Ta postopek povzroči, da ima nastali material sposobnost preprečevanja rasti bakterij z zmanjšanjem tveganja za okužbo in daje prednost celični presnovi telesa.

Zato odpira možnost spodbujanja hitrejšega celjenja v napravah za popravilo kosti.

V več aplikacijah

Uporablja se v visokotemperaturnih aplikacijah, kjer je potreben upornost, kot so ležaji (deli, ki podpirajo vrteče se gibanje v strojih) in rezalna orodja.

Uporablja se tudi v turbinskih paletah (stroji, ki jih tvorijo boben s paletami, ki obračajo vodo ali plin in s tem ustvarjajo energijo) in žarišča (spoji z visokimi temperaturami).

Turbinski ali ravninski motor, vaše palete lahko vsebujejo silicijev nitruro. Avtor: LARS_NISSEN_PHOTOART. Vir: Pixabay.

Uporablja se v termokupliranih ceveh (temperaturni senzorji), staljenih kovinskih krozolih in injektorjih raketnih goriv.

Reference

1. Bombaž, f. Albert in Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
2. Ali.S. Nacionalna knjižnica medicine. (2019). Silicijev nitrid. Okrevano od PubChema.NCBI.NLM.ameriški nacionalni inštitut za zdravje.Gov.
3. Dean, J.Do. (Urednik). (1973). Langeov priročnik kemije. Elementh Edition. McGraw-Hill Book Company.
4. Zhang, J.X.J. in Hoshino, k. (2019). Osnove nano/mikrofabrikacije in lestvice. V molekularni senzorji in nanodevici (druga izdaja). Okrevano od Scientirect.com.
5. Drouet, c. et al. (2017). Vrste keramike. Silicijev nitrid: Uvod. V napredku keramičnih biomaterialov. Okrevano od Scientirect.com.
6. Kita, h. et al. (2013). Pregled in pregled silicijevega nitrida in Sialona, ​​vključno z njihovimi aplikacijami. V priročniku napredne keramike (druga izdaja). Okrevano od Scientirect.com.
7. Ho, h.L. In iyer, s.S. (2001). Drami. Težave s kapacitivnostjo vozlišča. V enciklopediji materialov: znanost in tehnologija. Okrevano od Scientirect.com.
8. Zhang, c. (2014). Podstavki obrabe in triboloških lastnosti keramičnih matričnih kompozitov. V napredku v kompozitih keramičnih matric (druga izdaja). Okrevano od Scientirect.com.