Blocco di posizionamento per saldatura in ceramica al nitruro di silicio utilizzato per apparecchi elettronici

       Blocco di posizionamento per saldatura in ceramica al nitruro di silicio utilizzato per apparecchi elettronici e macchinari tessili

1 .Descrizioni:

La ceramica al nitruro di silicio (Si3N4) è un composto inorganico non metallico con forti legami covalenti.La sua unità strutturale di base è un tetraedro.L'atomo di silicio si trova al centro del tetraedro e i quattro atomi di azoto si trovano ai quattro vertici del tetraedro.La forma di quattro tetraedri che condividono un atomo di silicio forma una struttura di rete continua e forte nello spazio tridimensionale.Molte proprietà del nitruro di silicio sono dovute alla sua particolare struttura.Pertanto, la forza di legame tra gli atomi di azoto e gli atomi di silicio nella struttura Si3N4 è molto forte.Come ceramica strutturale ad alta temperatura, è conosciuta come "campione a tutto tondo" nei materiali ceramici.

Il nitruro di silicio (Si3N4) contiene tre forme cristalline e due forme cristalline sono comuni.Uno è α-Si3N4, cristallo aghiforme, che è bianco o biancastro, e l'altro è β-Si3N4, che è di colore più scuro ed è un denso poliedro granulare o prisma corto.Entrambi sono esagonali.

Un ordine di impilamento più lungo porta a una maggiore durezza della fase α rispetto alla fase β.Tuttavia, la fase α è chimicamente instabile rispetto alla fase β.Quindi all'alta temperatura della fase liquida, la fase α si trasforma sempre nella fase β.Pertanto, β-Si3N4 è la forma principale utilizzata nelle ceramiche al nitruro di silicio.

2 .Caratteristiche prestazionali dei materiali in nitruro di silicio

UN .Proprietà fisiche del nitruro di silicio:

un .Proprietà termiche: è una sostanza refrattaria ad alta temperatura senza punto di fusione.Si decompone a circa 1900°C sotto pressione normale.Ha una forte resistenza allo scorrimento sotto alta pressione.Il punto di rammollimento del nitruro di silicio sinterizzato di reazione senza legante può arrivare fino a 1800°C;

b .Buona conducibilità termica;

c .Piccolo coefficiente di dilatazione termica;

d .Buone prestazioni di isolamento elettrico, piccolo coefficiente dielettrico, alta tensione di rottura.

B .Proprietà chimiche del nitruro di silicio:

un .Resistenza all'ossidazione: non reagisce con l'ossigeno in atmosfera secca al di sotto di 800 °C;

b .Resistenza alla corrosione del metallo fuso: il nitruro di silicio non si infiltra e non corrode il metallo fuso elementare (tranne il rame);

c .Resistenza alla corrosione acida, alcalina e salina: facilmente solubile in acido fluoridrico e inefficace con acido diluito.

C. Proprietà meccaniche del nitruro di silicio:

un .La resistenza alle alte temperature è buona e la resistenza alle alte temperature a 1200°C ha poca attenuazione rispetto alla resistenza a temperatura ambiente.Inoltre, il suo tasso di scorrimento ad alta temperatura è molto basso.Questi sono determinati dalla natura dei forti legami covalenti;

b .Elevata durezza, seconda solo a pochi materiali superduri come diamante, BN cubico e B4C;

c .Il coefficiente di attrito è piccolo e autolubrificante, che è simile alla superficie metallica con olio.

3 .Applicazione di ceramiche al nitruro di silicio

Industria automobilistica: l'applicazione principale del nitruro di silicio sinterizzato è nell'industria automobilistica come materiale per parti di motori.Nei motori ad accensione comandata, il nitruro di silicio viene utilizzato per cuscinetti bilancieri a minore usura, turbocompressori per una minore inerzia e minor ritardo del motore e valvole di controllo dei gas di scarico per una maggiore accelerazione.

Cuscinetti: rispetto ad altre ceramiche, le ceramiche al nitruro di silicio hanno una buona resistenza agli urti.Pertanto, i cuscinetti a sfere in ceramica al nitruro di silicio vengono utilizzati nei cuscinetti ad alte prestazioni.Un esempio rappresentativo è l'utilizzo di cuscinetti in nitruro di silicio nei motori principali delle navette spaziali della NASA.Poiché i cuscinetti a sfere in nitruro di silicio sono più duri del metallo, ciò riduce il contatto con la pista del cuscinetto.I cuscinetti a sfera in nitruro di silicio possono essere trovati in cuscinetti automobilistici di fascia alta, cuscinetti industriali, turbine eoliche, sport motoristici, biciclette, pattini a rotelle e skateboard.

Materiali ad alta temperatura: il nitruro di silicio è stato a lungo utilizzato in applicazioni ad alta temperatura.In particolare, è stato identificato come uno dei pochi materiali ceramici monolitici in grado di sopravvivere ai forti shock termici e ai gradienti termici generati nei motori a razzo a idrogeno/ossigeno.

Medico: il nitruro di silicio ha molte applicazioni ortopediche.Il materiale è anche un'alternativa al PEEK (polietere etere chetone) e al titanio utilizzati nei dispositivi di fusione spinale.Rispetto al PEEK e al titanio, la superficie idrofila e microstrutturata del nitruro di silicio contribuisce alla resistenza, alla durata e all'affidabilità del materiale.