Struktura krzemowa nitruro (SI3N4), właściwości, uzyskiwanie, użycia

On Silikon Nitrluro Jest to związek nieorganiczny utworzony przez azot (N) i krzem (tak). Jego formuła chemiczna to jeśli₃N₄. Jest to jasny szary lub szary materiał o wyjątkowej twardości i odporności na wysokie temperatury.

Ze względu na jego właściwości, krzemowy nituro jest stosowany w zastosowaniach, w których wymagana jest wysoka odporność na zużycie. Na przykład jest używany do produkcji narzędzi tnących i kul łożyskowych.

Kulka azotku silikonowego Tak₃N₄. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Jest stosowany w kawałkach maszyn, które muszą odpierać siły mechaniczne, takie jak palety turbinowe, które są jak duże cylindry, w których palety muszą obracać się z dużą prędkością nad wodą lub gazami, wytwarzając energię.

Krzemowy ceramika nituro jest używana do tworzenia części, które muszą być w kontakcie ze stopionymi metalami. Służą również do użycia jako zastępca ludzkich kości lub zwierząt.

On robi₃N₄ Ma właściwości izolatora elektrycznego, to znaczy nie przesyła energii elektrycznej. Dlatego można go stosować w aplikacjach mikroelektronicznych lub bardzo małych urządzeniach elektronicznych.

[TOC]

Struktura

W krzemowym nitruro każdy atom krzemu (SI) jest kowalencyjnie związany z 4 atomami azotu (N). Odwrotnie, każdy atom azotu jest powiązany z 3 krzemowymi atomami.

Dlatego związki są bardzo silne i zapewniają wysoką stabilność związku.

Lewis Struktura krzemowego azotku tak₃N₄. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.Struktura w trzech wymiarach azotku krzemu, jeśli₃N₄. Szary = silikon; Niebieski = azot. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Krzemowy Nitrluro ma trzy struktury krystaliczne: alfa (α-tak₃N₄), beta (β-SI₃N₄) i gamma (γ-tak₃N₄). Alfa i beta są najczęstsze. Gamma jest uzyskiwana przy wysokich ciśnieniach i temperaturach i jest najtrudniejsza.

Nomenklatura

• Silikon Nitrluro
• Tetranitride Trisilicio

Nieruchomości

Stan fizyczny

Jasny szary stały.

Waga molekularna

140,28 g/mol

Temperatura topnienia

1900 ° C

Gęstość

3,44 g/cm³

Rozpuszczalność

Nierozpuszczalne w wodzie. Rozpuszczalne w kwasu fluorhorowym HF.

Może Ci służyć: CD3: Charakterystyka, funkcje

Właściwości chemiczne

Jest to bardzo stabilny związek, ze względu na sposób, w jaki atomy krzemu i azotu są powiązane z SI₃N_4.

Krzemowy Nituro ma doskonałą odporność na kwasy chlorowodorowe (HCL) i siarki (H (H₂południowy zachód₄). Jest również bardzo odporny na utlenianie. Jest odporny na stopione aluminium i jego stopy.

Inne właściwości

Ma dobrą odporność na wstrząs termiczny, wysoką zatrzymanie twardości w wysokich temperaturach, doskonałą odporność na erozję i zużycie oraz doskonałą odporność na korozję.

Ma wyjątkową twardość, która pozwala na zastosowanie cienkich grubości materiału. Utrzymuje swoje właściwości w wysokich temperaturach.

Filmy krzemowe nitruro są doskonałymi barierami do dyfuzji wody, tlenu i metali, nawet w wysokich temperaturach. Są bardzo twarde i mają wysoką stałą dielektryczną, co oznacza, że ​​energia elektryczna prowadzi źle, więc działają jako izolator elektryczny.

Z tych wszystkich powodów jest to odpowiedni materiał do wysokiej temperatury i wysokich zastosowań naprężeń mechanicznych.

Uzyskanie

Można go uzyskać z reakcji między amoniakiem (NH₃) i chlorek krzemu (SICL₄), w którym produkowany jest amid krzemowy (NH₂)₄ że po podgrzewaniu tworzy imida, a następnie krzemowy nitrruro, jeśli₃N₄.

Reakcję można podsumować w następujący sposób:

Krzem + chlorek amoniaku → azotek krzemowy + kwas chlorowy

3 sicl₄ (gaz) + 4 NH₃ (gaz) → Tak₃N₄ (stałe) + 12 HCl (gaz)

Jest to również produkowane leczenie krzem (tak) kompaktowy proszek z gazem azotowym (n₂) W temperaturach 1200-1400 ° C. Jednak materiał ten ma 20-30% mikroporowości, która ogranicza jego siłę mechaniczną.

3 Tak (stały) + 2 N₂ (gaz) → Tak₃N₄ (solidny)

Dlatego sam pył₃N₄ Aby utworzyć bardziej gęstą ceramikę, oznacza to, że kurz ulega wysokim ciśnieniu i temperaturze.

Aplikacje

W dziedzinie elektroniki

Notruro krzemu jest często stosowane jako warstwa pasywacji lub ochrony w zintegrowanych obwodach i strukturach mikromechanicznych.

Zintegrowany obwód to struktura zawierająca niezbędne elementy elektroniczne do wykonania pewnej funkcji. Nazywa się to również chipem lub mikroczipem.

Może ci służyć: metaleSilikon nitrruro if₃N₄ Jest stosowany w produkcji mikroczipów. Oryginalnym przesyłaniem był Zephyris w angielskiej Wikipedii. [CC BY-S (http: // CreativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/]]. Źródło: Wikimedia Commons.

On robi₃N₄ Ma doskonałą odporność na dyfuzję wody, tlenu i metali, takich jak sód, więc służy jako warstwa izolacyjna lub bariera.

Jest również stosowany jako materiał dielektryczny, oznacza to, że jest złym przewodnikiem energii elektrycznej, więc działa jako izolator tego.

Służy to do zastosowań mikroelektronicznych i fotonicznych (wytwarzanie i wykrywanie fal światła). Jest używany jako drobna warstwa w powłokach optycznych.

Jest to najczęstszy materiał dielektryczny stosowany w kondensatorach do dynamicznych błotów losowego (akronim dla angielskiego Dynamiczna pamięć o dostępie losowym), które są używane na komputerach lub komputerach.

Pamięć DRAM wykorzystywana na komputerach lub komputerach. Może zawierać silikonowe nitruro. Victorrocha [CC przez (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/3.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

W materiałach ceramicznych

Ceramika azotku krzemu ma właściwości odporności na wysoką twardość i zużycie, więc jest stosowana w zastosowaniach inżynierii trybologicznej, to znaczy, gdzie występuje dużo tarcia i zużycia.

On robi₃N₄ Gęsta ma wysoką elastyczną siłę, wysoką odporność na pękanie, dobry opór lub przesuwanie, wysoka twardość i doskonała odporność na erozję.

Łożyska kulek o różnych rozmiarach wykonanych z krzemowego nitruro. Służą do użycia w maszynach. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Jest to uzyskiwane, gdy krzemowy nitruro jest przetwarzany za pomocą środków₂ALBO₃ + I₂ALBO₃) W temperaturach 1750–1900 ° C.

Spiekanie polega na poddaniu pyłu związku na wysokie ciśnienia i temperatury w celu uzyskania gęstego i zwartego materiału.

Ceramika azotku krzemu można zastosować na przykład w aluminiowych urządzeniach odlewniczych, to znaczy bardzo gorących miejsc, w których znajduje się stopione aluminium.

Rurka uszczelniająca wykonana z samej ceramiki₃N₄ i stosowane w stopniowych procesach aluminiowych. Hshkrc [cc by-s (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Struktura Ceramiki Krzemowej Nituro stanowi doskonałą okazję do optymalizacji właściwości do określonych zastosowań według wymagań inżynierów. Nawet wiele potencjalnych zastosowań jeszcze się nie zmaterializowało.

Może ci służyć: materia bezwładna: koncepcja, cechy, przykłady

Jako materiał biomedycyny

Od 1989 roku ustalono, że SI₃N₄ Jest to materiał biokompatybilny, co oznacza, że ​​może zastąpić część żywego organizmu, nie powodując uszkodzeń i umożliwiając regenerację otaczającej go tkanki.

Służy do wytwarzania komponentów do wymiany lub naprawy kości, które obsługują obciążenie, a także urządzenia międzykręgowe, to znaczy małych obiektów, które umożliwiają naprawę kręgosłupa.

W testach przeprowadzanych u ludzi lub zwierząt w krótkim czasie, związek między kością a implantami lub ceramicznymi elementami tego, czy₃N₄.

Kości ludzkiego ciała można wymienić lub zastąpić krzemowym azotkiem. Autor: COM329329. Źródło: Pixabay.

Notruro krzemu jest nietoksyczne, sprzyja adhezji komórkowej, normalnej proliferacji lub mnożenia komórek i ich różnicowaniu lub wzrostu komórek.

Jak wytwarzany jest silikon nitruro do biomedycyny

W przypadku tej aplikacji SI₃N₄ Wcześniej jest poddany procesowi spiekania z dodatkami tlenku glinu i tlenkiem ititrium (do₂ALBO₃+I₂ALBO₃). Polega to na stosowaniu ciśnienia i wysokiej temperatury do siebie₃N₄ Plus dodatki.

Ta procedura powoduje, że wynikowy materiał jest w stanie zapobiegać wzrostowi bakteryjne poprzez zmniejszenie ryzyka infekcji i faworyzowanie metabolizmu komórkowego organizmu.

Dlatego otwiera możliwość promowania szybszego gojenia w urządzeniach naprawczych kości.

W kilku aplikacjach

Jest stosowany w aplikacjach o wysokiej temperaturze, w których wymagany jest odporność na zużycie, takie jak łożyska (części obsługujące ruch obrotowy w maszynach) i narzędzia tnące.

Jest również stosowany w paletach turbinowych (maszyny utworzone przez bęben z paletami, które obracają wodę lub gaz, a tym samym generują energię) i połączenia żarowe (stawy o wysokich temperaturach).

Turbina lub silnik płaski, palety mogą zawierać silikonowe nitruro. Autor: lars_nissen_photoart. Źródło: Pixabay.

Jest stosowany w rurkach termokwilnych (czujniki temperatury), stopione metalowe krzyżowce i wtryskiwacze paliwa rakietowego.

Bibliografia

1. Bawełna, f. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
2. LUB.S. National Library of Medicine. (2019). Azotek silikonowy. Odzyskane z Pubchem.NCBI.NLM.Nih.Gov.
3. Dean, J.DO. (Redaktor). (1973). Podręcznik chemii Lange. Elementh Edition. McGraw-Hill Book Company.
4. Zhang, J.X.J. i Hoshino, K. (2019). Podstawy nano/mikrofabrykacji i efektu skali. W czujnikach molekularnych i nanodełach (wydanie drugie). Odzyskane z naukowym.com.
5. Drouet, c. i in. (2017). Rodzaje ceramiki. Azotek krzemowy: wprowadzenie. W postępach w biomateriałach ceramicznych. Odzyskane z naukowym.com.
6. Kita, h. i in. (2013). Przegląd i przegląd krzemowy azotek i Sialon, w tym ich zastosowania. W Handbook of Advanced Ceramics (druga edycja). Odzyskane z naukowym.com.
7. Ho, h.L. I Iyer, s.S. (2001). Dram. Problemy z pojemnością węzłów. W Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Odzyskane z naukowym.com.
8. Zhang, c. (2014). Niedoszczędzenie zużycia i właściwości trybologicznych kompozytów macierzy ceramicznych. W Advances in Ceramic Matrix Composites (drugie wydanie). Odzyskane z naukowym.com.