Co to jest azotek krzemu

Azotek krzemu (Si3N4)jest kluczowym materiałem w rozwoju zaawansowanej wysokotemperaturowej ceramiki strukturalnej. Znany ze swoich wyjątkowych właściwości, takich jak odporność na wysoką temperaturę, odporność na zużycie, niska gęstość, wysoka wytrzymałość i twardość, zyskał reputację „wszechstronnego mistrza świata materiałów”. Te unikalne cechy sprawiły, że ceramika z azotku krzemu jest niezastąpiona w szeregu najnowocześniejszych dziedzin, w tym w inżynierii mechanicznej, przemyśle lotniczym, obronie narodowej, technologii półprzewodników, a nawet zastosowaniach biomedycznych.

Azotek krzemuto nieorganiczny, niemetaliczny związek złożony z tetraedrycznych jednostek Si-N, charakteryzujący się silnym wiązaniem kowalencyjnym pomiędzy atomami. Wysoka siła wiązania pomiędzy atomami krzemu i azotu zapewnia Si3N4 wyjątkowe właściwości mechaniczne, w tym doskonałą twardość i doskonałą odporność na zużycie. Ceramika wykazuje dużą odporność na zginanie i ściskanie, dzięki czemu jest bardzo trwała w wymagających warunkach. Jednakże to samo silne wiązanie kowalencyjne, które nadaje wytrzymałość azotkowi krzemu, powoduje również ograniczone odkształcenie plastyczne, co oznacza, że ​​struktura kryształu ma bardzo niewiele systemów poślizgu. Nadaje to azotkowi krzemu kruchość, co czyni go bardziej podatnym na pękanie pod wpływem naprężeń.

Jedna z kluczowych zaletazotek krzemujest jego duża stabilność chemiczna, wynikająca z przestrzennej struktury sieci utworzonej przez tetraedryczne jednostki azotku krzemu. Dzięki temu jest wysoce odporny na większość nieorganicznych kwasów i zasad, z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego, który może powodować korozję materiału. Ta odporność chemiczna zwiększa jego niezawodność w trudnych środowiskach chemicznych, jeszcze bardziej rozszerzając jego potencjalne zastosowania w krytycznych gałęziach przemysłu.

Struktury krystaliczne azotku krzemu

Azotek krzemuwystępuje w trzech różnych strukturach krystalicznych: fazie α, fazie β i fazie γ. Wśród nich najczęściej obserwowanymi i stosowanymi formami Si3N4 są fazy α i β, które należą do heksagonalnego układu kryształów. Stabilna struktura sieciowa tych faz odpowiada za doskonałe właściwości mechaniczne i termiczne, dzięki którym ceramika z azotku krzemu idealnie nadaje się do różnorodnych zastosowań.

Faza β (β-Si3N4) jest szczególnie ważna w zastosowaniach inżynieryjnych ze względu na jej doskonałe działanie w wysokich temperaturach i odporność chemiczną. Jest to najczęściej stosowana forma kryształu w takich gałęziach przemysłu, jak przemysł lotniczy, obronny i inżynieria mechaniczna. Przykładowo β-Si3N4 wykorzystywany jest do produkcji wysokowydajnych ceramicznych części silników, wirników i stojanów turbin gazowych oraz mechanicznych pierścieni uszczelniających, gdzie wysoko cenione są jego właściwości samosmarujące i wysoka trwałość w ekstremalnych warunkach.

Natomiast faza γ (γ-Si3N4) jest znacznie mniej powszechną formą azotku krzemu, którą można syntetyzować jedynie w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia. W rezultacie badania struktur azotku krzemu skupiały się przede wszystkim na fazach α i β.

Wysoka przewodność cieplnaPodłoża ceramiczne z azotku krzemu

W miarę jak przemysł elektroniczny ewoluuje w kierunku większej systematyzacji, inteligencji i integracji, wymagania dotyczące urządzeń półprzewodnikowych szybko rosną. Wraz ze wzrostem mocy wejściowej chipów elektronicznych i gęstszymi obwodami, ciepło generowane podczas pracy staje się poważnym wyzwaniem. Efektywne odprowadzanie ciepła stało się kluczowym czynnikiem poprawiającym ogólną wydajność i efektywność urządzeń półprzewodnikowych, i tutaj azotek krzemu odgrywa kluczową rolę.

Wysoka teoretyczna przewodność cieplna azotku krzemu w połączeniu z doskonałą izolacją elektryczną i odpornością na utlenianie sprawia, że ​​jest to idealny materiał na podłoża do opakowań elektronicznych dużej mocy. Dodatkowo jego współczynnik rozszerzalności cieplnej jest bardzo zbliżony do współczynnika rozszerzalności materiałów stosowanych w chipach półprzewodnikowych, zapewniając integralność strukturalną i minimalizując naprężenia termiczne podczas pracy. Właściwości te umożliwiają produkcję wysokowydajnych substratów do rozpraszania ciepła w zastosowaniach takich jak obwody o dużej prędkości, systemy IGBT (tranzystory bipolarne z izolowaną bramką), LG (światłowody) i CPV (skoncentrowana fotowoltaika).

Zdolność azotku krzemu do skutecznego rozpraszania ciepła, przy jednoczesnym zachowaniu izolacji elektrycznej i stabilności mechanicznej, jest niezbędna w przypadku urządzeń obsługujących duże ilości energii. Jego doskonałe działanie w tych obszarach nie tylko zapewnia niezawodną pracę półprzewodników mocy, ale także przyczynia się do miniaturyzacji i wydajności nowoczesnych układów elektronicznych.

Wniosek

Podsumowując, unikalne połączenie wytrzymałości, odporności cieplnej, stabilności chemicznej i przewodności cieplnej azotku krzemu czyni go materiałem niezbędnym w różnorodnych zastosowaniach o wysokiej wydajności. Od zastosowania w lotnictwie i obronności do produkcji trwałych komponentów wysokotemperaturowych po rolę w rozwiązywaniu problemów związanych z rozpraszaniem ciepła w urządzeniach półprzewodnikowych dużej mocy, azotek krzemu nadal odgrywa kluczową rolę w rozwoju nowoczesnych technologii. W miarę kontynuowania badań mających na celu zbadanie jego właściwości i potencjału, azotek krzemu pozostanie liderem w świecie zaawansowanych materiałów.

Semicorex oferuje wysoką jakośćPodłoże SiN. Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.

Numer telefonu kontaktowego +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com