Chemie en microstructuur van siliciumnitride
De moleculaire samenstelling van siliciumnitride wordt bepaald door de stoichiometrische verhouding van silicium tot stikstof, Si₃N₄. De kristalstructuur van deze verbinding bestaat voornamelijk uit een tetraëdrische structuur, waarbij elk stikstofatoom verbonden is met drie siliciumatomen, waardoor een netwerk van sterke covalente bindingen ontstaat. De microstructuur kan worden gemanipuleerd met behulp van een verscheidenheid aan synthesemethoden, resulterend in verschillende morfologieën zoals korrels, poeders of blokken, die elk aan specifieke industriële behoeften voldoen.
Eigenschappen van siliciumnitride
- Hoge hardheid: Siliciumnitride heeft een Mohs-hardheid die groter is dan die van de meeste metalen en keramiek, waardoor het slijtvast is.
- Thermische stabiliteit: Siliciumnitride kan zijn structurele integriteit behouden bij temperaturen tot 1700 graden, waardoor het ideaal is voor toepassingen bij hoge temperaturen.
- Corrosiebestendigheid: Siliciumnitride is immuun voor de meeste chemische aanvallen, inclusief zuren en logen, waardoor betrouwbaarheid op lange termijn in corrosieve omgevingen wordt gegarandeerd.
- Elektrische isolatie: Hoewel siliciumnitride thermisch geleidend is, is het een uitstekende isolator, waardoor het ideaal is voor hoogspanningstoepassingen.
- Thermische geleidbaarheid: het kan warmte efficiënt geleiden, waardoor het nuttig is in thermische beheersystemen.
Siliciumnitridesynthese Methoden
Siliciumnitride kan op verschillende manieren worden geproduceerd:
- Thermische ontleding: Silicium reageert bij hoge temperaturen met ammoniak om siliciumnitride te vormen.
- Chemische dampafzetting (CVD): Silicium en ammoniak reageren in de gasfase, waardoor een dunne film siliciumnitride ontstaat.
- Reactie Sinteren: De combinatie van siliciumpoeder en ammoniak ondergaat een reactie bij hoge temperatuur die resulteert in een bulk-siliciumnitridestructuur.