Siliziumnitruro (Si3N4) -Struktur, Eigenschaften, erhalten, verwendet, verwendet

Er Siliziumnitruro Es ist eine anorganische Verbindung, die durch Stickstoff (N) und Silizium (ja) gebildet wird. Seine chemische Formel ist wenn₃N₄. Es ist ein hellgraues oder graues Material von außergewöhnlicher Härte und Widerstand gegen hohe Temperaturen.

Aufgrund seiner Eigenschaften wird Siliziumnituro in Anwendungen verwendet, bei denen eine hohe Verschleiß- und hohe Temperaturen erforderlich sind. Zum Beispiel wird es zur Herstellung von Schneidwerkzeugen und Lagerkugeln verwendet.

Siliziumnitridkugel Ja₃N₄. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]. Quelle: Wikimedia Commons.

Es wird in Maschinenstücken verwendet, die hohen mechanischen Kräften wie Turbinenpaletten widerstehen müssen, die wie große Zylinder sind, in denen sich Paletten mit hohen Geschwindigkeiten über Wasser oder Gasen drehen müssen, wodurch Energie erzeugt wird.

Siliziumnituro -Keramik werden verwendet, um Teile herzustellen, die mit geschmolzenen Metallen in Kontakt kommen müssen. Sie dienen auch als Ersatz für menschliche Knochen oder Tiere dienen.

Er tut₃N₄ Es verfügt über elektrische Isolatoreigenschaften, dh es überträgt keinen Strom. Daher kann es in mikroelektronischen Anwendungen oder sehr kleinen elektronischen Geräten verwendet werden.

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Struktur

In Siliziumnitruro ist jedes Siliziumatom (SI) kovalent mit den 4 Stickstoffatomen (n) verbunden. Umgekehrt ist jedes Stickstoffatom mit den 3 Siliziumatomen verbunden.

Daher sind die Gewerkschaften sehr stark und verleihen der Verbindung eine hohe Stabilität.

Lewis -Struktur von Siliziumnitrid Ja₃N₄. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)]]. Quelle: Wikimedia Commons.Struktur in drei Dimensionen von Siliziumnitrid, wenn₃N₄. Grau = Silizium; Blau = Stickstoff. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)]]. Quelle: Wikimedia Commons.

Siliziumnitruro hat drei kristalline Strukturen: Alpha (α-YES₃N₄), Beta (β-Si₃N₄) und Gamma (γ-jaes₃N₄). Alfa und Beta sind die häufigsten. Gamma wird bei hohen Drücken und Temperaturen erhalten und ist am schwierigsten.

Nomenklatur

• Siliziumnitruro
• Trisilicio Tetranitrid

Eigenschaften

Körperlicher Status

Hellgrauem Feststoff.

Molekulargewicht

140,28 g/mol

Schmelzpunkt

1900 ºC

Dichte

3,44 g/cm³

Löslichkeit

Nicht in Wasser löslich. Löslich in Fluorhorhorsäure HF.

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Chemische Eigenschaften

Dies ist eine sehr stabile Verbindung, aufgrund der Art und Weise, wie Silizium- und Stickstoffatome mit dem SI verbunden sind₃N_4.

Siliziumnituro hat eine hervorragende Resistenz gegen Salzsäuren (HCl) und Schwefel (H)₂SW₄). Es ist auch sehr resistent gegen Oxidation. Es ist resistent gegen geschmolzenes Aluminium und seine Legierungen.

Andere Eigenschaften

Es hat eine gute Resistenz gegen thermischen Schock, hohe Härte bei hohen Temperaturen, hervorragende Beständigkeit gegen Erosion und Verschleiß und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.

Es hat eine außergewöhnliche Härte, die die Anwendung dünner Materialdicke ermöglicht. Behält seine Eigenschaften bei hohen Temperaturen bei.

Siliziumnitruro -Filme sind hervorragende Barrieren für die Diffusion von Wasser, Sauerstoff und Metallen, selbst bei hohen Temperaturen. Sie sind sehr hart und haben eine hohe Dielektrizitätskonstante, was bedeutet, dass der Strom schlecht führt, sodass sie als elektrischer Isolator wirken.

Aus all diesen Gründen ist es ein ausreichendes Material für hohe Temperatur und hohe mechanische Spannungsanwendungen.

Erhalten

Es kann aus der Reaktion zwischen Ammoniak (NH₃Siliziumchlorid (sicl₄), in dem Siliziumamid produziert wird (NH₂)₄ Das bildet beim Erhitzen eine Imida und dann das Siliziumnitruro, wenn₃N₄.

Die Reaktion kann wie folgt zusammengefasst werden:

Silizium + Ammoniakchlorid → Siliziumnitrid + Salzsäure

3 SICL₄ (Gas) + 4 NH₃ (Gas) → Ja₃N₄ (fest) + 12 HCl (Gas)

Es wird auch mit Stickstoffgas (N₂) Bei 1200-1400 ° C-Temperaturen. Dieses Material hat jedoch 20-30% an Mikroporosität, die seine mechanische Kraft begrenzt.

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

Deshalb ist der Staub von sich selbst Sintern₃N₄ Um dichtere Keramik zu bilden, bedeutet dies, dass der Staub hoher Druck und Temperatur erfährt.

Anwendungen

Im Bereich der Elektronik

Siliziumnitruro wird häufig als Passivierungsschicht oder Schutz in integrierten Schaltungen und mikromechanischen Strukturen verwendet.

Eine integrierte Schaltung ist eine Struktur, die die notwendigen elektronischen Komponenten enthält, um einige Funktionen auszuführen. Es wird auch Chip oder Mikrochip bezeichnet.

Kann Ihnen dienen: MetalleSiliziumnitruro wenn₃N₄ Es wird in der Herstellung von Mikrochips verwendet. Der ursprüngliche Uploader war Zephyris in englischer Wikipedia. [CC BY-S (http: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/]]. Quelle: Wikimedia Commons.

Er tut₃N₄ Es hat eine hervorragende Resistenz gegen die Verbreitung von Wasser, Sauerstoff und Metallen wie Natrium, sodass es als Isolierschicht oder Barriere dient.

Es wird auch als dielektrisches Material verwendet. Dies bedeutet, dass es ein schlechter Stromleiter ist, so dass es als Isolator davon wirkt.

Dies dient für mikroelektronische und photonische Anwendungen (Erzeugung und Erkennung von Lichtwellen). Es wird als feine Schicht in optischen Beschichtungen verwendet.

Es ist das häufigste dielektrische Material, das in Kondensatoren für dynamische Mudders of Random Access verwendet wird (Akronym für Englisch Dynamischer Direktzugriffsspeicher), die diejenigen sind, die auf Computern oder Computern verwendet werden.

DRAM -Speicher, der auf Computern oder Computern verwendet wird. Es kann Siliziumnitruro enthalten. Victorrocha [CC BY.Org/lizenzen/bis/3.0)]]. Quelle: Wikimedia Commons.

In Keramikmaterialien

Siliziumnitridkeramik hat eine hohe Härte- und Verschleißfestigkeitseigenschaften, daher wird sie in den Anwendungen der Tribologischen Technik verwendet.

Er tut₃N₄ Dicht hat eine hohe flexible Kraft, eine hohe Frakturresistenz, einen guten Luftwiderstand oder Gleitwiderstand, hohe Härte und exzellente Erosionsbeständigkeit.

Lagerbereiche verschiedener Größen mit Siliziumnitruro. Sie dienen dazu, in Maschinen verwendet zu werden. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]. Quelle: Wikimedia Commons.

Dies wird erhalten, wenn Siliziumnitruro mittels verarbeitet wird₂ENTWEDER₃ + UND₂ENTWEDER₃) bei Temperaturen von 1750-1900 ° C.

Das Sintern besteht darin, einen Staub einer Verbindung zu hohen Drücken und Temperaturen zu unterwerfen, um ein dichtes und kompaktes Material zu erhalten.

Siliziumnitridkeramik kann beispielsweise in Aluminiumgussgeräten verwendet werden, dh sehr heiße Orte, an denen es geschmolzenes Aluminium gibt.

Versiegelungsrohr mit Keramik von sich selbst hergestellt₃N₄ und in geschmolzenen Aluminiumprozessen verwendet. HSHKRC [CC BY-S (https: // CreateRecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)]]. Quelle: Wikimedia Commons.

Die Struktur von Siliziumnituro -Keramik bietet eine großartige Gelegenheit, Eigenschaften für bestimmte Anwendungen gemäß den Anforderungen der Ingenieure zu optimieren. Sogar viele seiner potenziellen Anwendungen sind noch nicht zustande.

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Als Biomedizinmaterial

Seit 1989 wurde festgestellt, dass der Si -SI₃N₄ Es ist ein biokompatible Material, was bedeutet, dass es einen Teil eines lebenden Organismus ersetzen kann, ohne Schäden zu verursachen und die Regeneration des Gewebes um ihn herum zuzulassen.

Es dient dazu, Komponenten für den Austausch oder die Reparatur von Knochen herzustellen, die Last und Auch Intervertebral -Geräte unterstützen, dh kleine Objekte, die die Reparatur des Wirbelsäule ermöglichen.

In Tests, die in kurzer Zeit bei Menschen oder Tieren durchgeführt werden₃N₄.

Die Knochen des menschlichen Körpers können ersetzt oder durch Siliziumnitridstücke ersetzt werden. Autor: Com329329. Quelle: Pixabay.

Siliziumnitruro ist nicht -toxisch, bevorzugt die zelluläre Adhäsion, die normale Proliferation oder die Multiplikation von Zellen und ihre Zelldifferenzierung oder ihr Wachstum.

Wie Siliziumnitruro für Biomedizin hergestellt wird

Für diese Anwendung der Si₃N₄ Es wird zuvor einem Sinterprozess mit Aluminiumoxid -Additive und Ititriumoxid (zu einem Sinterprozess eingereicht₂ENTWEDER₃+UND₂ENTWEDER₃). Dies besteht darin, Druck und hohe Temperatur auf den Staub von sich selbst auszuüben₃N₄ Plus Zusatzstoffe.

Dieses Verfahren bewirkt, dass das resultierende Material die Fähigkeit hat, das Bakterienwachstum zu verhindern, indem das Infektionsrisiko verringert und den Zellstoffwechsel des Körpers begünstigt wird.

Daher öffnet es die Möglichkeit, eine schnellere Heilung in Knochenreparaturgeräten zu fördern.

In mehreren Anwendungen

Es wird in Hochtemperaturanwendungen verwendet, bei denen ein Verschleißfestigkeit erforderlich ist, z. B. Lager (Teile, die rotierende Bewegungen in Maschinen unterstützen) und Schneidwerkzeuge.

Es wird auch in Turbinenpaletten verwendet (Maschinen, die von einer Trommel mit Paletten gebildet werden, die Wasser oder Gas drehen und damit Energie erzeugen) und Glühlunschwerden (hohe Temperaturen) (hohe Temperaturen).

Turbine oder Flugzeugmotor, Ihre Paletten können Siliziumnitruro enthalten. Autor: LARS_NISSEN_PHOTOART. Quelle: Pixabay.

Es wird in thermookulenzigen Röhrchen (Temperatursensoren), geschmolzenem Metall -Crosolen und Injektoren von Raketentreibern verwendet.

Verweise

1. Baumwolle, f. Albert und Wilkinson, Geoffrey. (1980). Fortgeschrittene anorganische Chemie. Vierte Edition. John Wiley & Söhne.
2. ODER.S. Nationalbibliothek für Medizin. (2019). Siliziumnitrid. Aus Pubchem geborgen.NCBI.NLM.NIH.Regierung.
3. Dean, J.ZU. (Editor). (1973). Langes Handbuch der Chemie. Elementh Edition. McGraw-Hill Book Company.
4. Zhang, j.X.J. und Hoshino, k. (2019). Grundlagen der Nano/Mikrofabrikation und des Skalierungseffekts. In molekularen Sensoren und Nanodevices (zweite Ausgabe). Von Scientedirect erholt.com.
5. Drouet, c. et al. (2017). Arten von Keramik. Siliziumnitrid: Eine Einführung. In Fortschritten in Keramikbiomaterialien. Von Scientedirect erholt.com.
6. Kita, h. et al. (2013). Überprüfen und Überblick über Siliziumnitrid und Sialon, einschließlich ihrer Anwendungen. In Handbook of Advanced Ceramics (zweite Ausgabe). Von Scientedirect erholt.com.
7. Ho, h.L. Und iyer, s.S. (2001). DRAMS. Knotenkapazitätsprobleme. In Enzyklopädie von Materialien: Wissenschaft und Technologie. Von Scientedirect erholt.com.
8. Zhang, c. (2014). Unterbestand der Verschleiß- und Tribologischen Eigenschaften von Keramikmatrix -Verbundwerkstoffen. In Fortschritten in Keramikmatrix -Verbundwerkstoffen (zweite Ausgabe). Von Scientedirect erholt.com.