Silicon Nitruro (SI3N4) Struktur, egenskaper, erhållning, användning

han kisel nitruro Det är en oorganisk förening som bildas av kväve (n) och kisel (ja). Dess kemiska formel är om₃N₄. Det är ett ljusgrått eller grått material av exceptionell hårdhet och motstånd mot höga temperaturer.

På grund av dess egenskaper används kisel nituro i applikationer där hög motstånd mot slitage och höga temperaturer krävs. Till exempel används det för att tillverka skärverktyg och lagerområden.

Kiselnitridfär ja₃N₄. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)]. Källa: Wikimedia Commons.

Det används i maskiner som måste motstå höga mekaniska krafter, såsom turbinpaletter, som är som stora cylindrar där paletter måste vända i höga hastigheter över vatten eller gaser, vilket producerar energi.

Kisel nituro keramik används för att göra delar som måste komma i kontakt med smälta metaller. De tjänar också till att användas som ersättning för mänskliga ben eller djur.

Han gör₃N₄ Den har elektriska isolatoregenskaper, det vill säga det överför inte el. Därför kan den användas i mikroelektroniska applikationer eller mycket små elektroniska enheter.

[TOC]

Strukturera

I kisel nitruro är varje kiselatom (SI) kovalent kopplad till de 4 kväveatomerna (N). Vice versa, varje kväveatom är kopplad till de 3 kiselatomerna.

Därför är fackföreningarna mycket starka och ger hög stabilitet för föreningen.

Lewis struktur av kiselnitrid Ja₃N₄. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)]. Källa: Wikimedia Commons.Struktur i tre dimensioner av kiselnitrid om₃N₄. Grå = kisel; Blått = kväve. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)]. Källa: Wikimedia Commons.

Silicon Nitruro har tre kristallina strukturer: alfa (a-ja₃N₄), beta (ß-si₃N₄) och GAMMA (y-ja₃N₄). Alfa och Beta är de vanligaste. Gamma erhålls vid högt tryck och temperaturer och är det svåraste.

Nomenklatur

• Kisel nitruro
• Trisilicio tetranitrid

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

Ljusgrå fast.

Molekylvikt

140,28 g/mol

Smältpunkt

1900 ºC

Densitet

3,44 g/cm³

Löslighet

Olöslig i vatten. Löslig i fluorhorhorinsyra HF.

Kan tjäna dig: CD3: egenskaper, funktioner

Kemiska egenskaper

Detta är en mycket stabil förening på grund av hur kisel- och kväveatomer är kopplade till SI₃N_4.

Silicon Nituro har utmärkt resistens mot saltsyror (HCl) och svavel (H₂Sw₄). Det är också mycket resistent mot oxidation. Det är resistent mot smält aluminium och dess legeringar.

Andra egenskaper

Det har god motstånd mot termisk chock, hög hårdhet vid höga temperaturer, utmärkt motstånd mot erosion och slitage och utmärkt korrosionsmotstånd.

Den har en exceptionell hårdhet som möjliggör applicering av tunna tjocklekar på material. Upprätthåller sina egenskaper vid höga temperaturer.

Silicon nitrurofilmer är utmärkta hinder för diffusion av vatten, syre och metaller, även vid höga temperaturer. De är mycket hårda och har en hög dielektrisk konstant, vilket innebär att el leder dåligt, så de fungerar som en elektrisk isolator.

Det är av alla dessa skäl att det är ett tillräckligt material för hög temperatur och höga mekaniska stressapplikationer.

Erhållande

Det kan erhållas från reaktionen mellan ammoniak (NH₃) och kiselklorid (SICL₄), där kiselamid produceras (NH₂)₄ att när upphettas bildar en imida och sedan kisel nitruro om₃N₄.

Reaktionen kan sammanfattas enligt följande:

Kisel + ammoniakklorid → kiselnitrid + saltsyra

3 Sicl₄ (gas) + 4 NH₃ (gas) → Ja₃N₄ (fast) + 12 HCl (gas)

Det är också tillverkat att behandla kisel (ja) kompakt pulver med kvävgas (N₂) Vid 1200-1400 ° C-temperaturer. Detta material har emellertid 20-30% av mikroporositeten som begränsar dess mekaniska kraft.

3 Ja (fast) + 2 n₂ (gas) → Ja₃N₄ (fast)

Det är därför självt dammet är sintring₃N₄ För att bilda tätare keramik innebär detta att dammet genomgår högt tryck och temperatur.

Ansökningar

Inom elektronikområdet

Kisel nitruro används ofta som ett lager av passivering eller skydd i integrerade kretsar och mikromekaniska strukturer.

En integrerad krets är en struktur som innehåller nödvändiga elektroniska komponenter för att utföra någon funktion. Det kallas också chip eller mikrochip.

Kan tjäna dig: metallerKisel nitruro om₃N₄ Det används i tillverkning av mikrochips. Den ursprungliga uppladdaren var Zephyris på English Wikipedia. [CC BY-S (http: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/3.0/]]. Källa: Wikimedia Commons.

Han gör₃N₄ Det har utmärkt motstånd mot diffusion av vatten, syre och metaller som natrium, så det fungerar som ett isolerande skikt eller barriär.

Det används också som dielektriskt material, det betyder att det är en dålig ledare av el, så det fungerar som en isolator för detta.

Detta tjänar för mikroelektroniska och fotoniska applikationer (generering och detektion av ljusvågor). Det används som ett fint lager i optiska beläggningar.

Det är det vanligaste dielektriska materialet som används i kondensatorer för dynamiska mudder av slumpmässig åtkomst (akronym för engelska Dynamiskt slumpmässigt åtkomstminne), som är de som används på datorer eller datorer.

DRAM -minne som används på datorer eller datorer. Det kan innehålla kisel nitruro. Victorrocha [CC av (https: // CreativeCommons.Org/licenser/av/3.0)]. Källa: Wikimedia Commons.

I keramiska material

Kiselnitridkeramik har hög hårdhet och slitmotståndsegenskaper, så det används i tribologiska tekniska tillämpningar, det vill säga använder där mycket friktion och slitage inträffar.

Han gör₃N₄ Tät har en hög flexibel kraft, hög sprickmotstånd, bra drag eller glidmotstånd, hög hårdhet och utmärkt erosionsmotstånd.

Bär sfärer i olika storlekar gjorda med kisel nitruro. De tjänar till att användas i maskiner. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)]. Källa: Wikimedia Commons.

Detta erhålls när kisel nitruro bearbetas med medel₂ANTINGEN₃ + OCH₂ANTINGEN₃) vid temperaturer 1750-1900 ° C.

Sintringen består av att utsättas ett damm från en förening till höga tryck och temperaturer för att få ett tätt och kompakt material.

Kiselnitridkeramik kan till exempel användas i aluminiumgjutningsutrustning, det vill säga mycket heta platser där det finns smält aluminium.

Tätningsrör gjord med keramik av sig själv₃N₄ och används i smält aluminiumprocesser. HSHKRC [CC BY-S (https: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)]. Källa: Wikimedia Commons.

Strukturen för kisel nituro keramik ger en stor möjlighet att optimera egenskaper för specifika applikationer enligt ingenjörernas krav. Även många av dess potentiella applikationer har ännu inte materialiserats.

Kan tjäna dig: inert materia: koncept, egenskaper, exempel

Som biomedicinmaterial

Sedan 1989 konstaterades att SI₃N₄ Det är ett biokompatibelt material, vilket innebär att det kan ersätta en del av en levande organisme utan att orsaka skador och tillåta regenerering av vävnaden runt den.

Det tjänar till att tillverka komponenter för att ersätta eller reparera ben som stöder belastning och även intervertebrala enheter, det vill säga små föremål som tillåter reparation av ryggraden.

I tester som utförs hos mänskliga eller djur på kort tid, föreningen mellan benet och implantaten eller keramiska bitar av huruvida₃N₄.

Människokroppens ben kan bytas ut eller ersättas med kiselnitridbitar. Författare: com329329. Källa: Pixabay.

Kiselnitruro är icke -toxiskt, gynnar cell vidhäftning, normal spridning eller multiplikation av celler och deras celldifferentiering eller tillväxt.

Hur kisel nitruro tillverkas för biomedicin

För denna applikation SI₃N₄ Det har tidigare skickats till en sintringsprocess med aluminiumoxidtillsatser och Ititriumoxid (till₂ANTINGEN₃+OCH₂ANTINGEN₃). Detta består i att applicera tryck och hög temperatur på sig själv₃N₄ plus tillsatser.

Denna procedur gör att det resulterande materialet har förmågan att förhindra bakterietillväxt genom att minska risken för infektion och gynna kroppens cellulär metabolism.

Därför öppnar det möjligheten att främja snabbare läkning i benreparationsanordningar.

I flera applikationer

Det används i applikationer med hög temperatur där slitmotstånd krävs, till exempel lager (delar som stöder roterande rörelse i maskiner) och skärverktyg.

Det används också i turbinpaletter (maskiner som bildas av en trumma med paletter som vänder vatten eller gas och därmed genererar energi) och glödande anslutningar (fogar med höga temperaturer).

Turbin- eller planmotor, dina paletter kan innehålla kisel nitruro. Författare: lars_nissen_photoart. Källa: Pixabay.

Det används i termokapulerade rör (temperatursensorer), smälta metallkrosor och raketbränsleinsprutare.

Referenser

1. Bomull, f. Albert och Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avancerad oorganisk kemi. Fjärde upplagan. John Wiley & Sons.
2. ELLER.S. National Library of Medicine. (2019). Kiselnitrid. Återhämtat sig från pubchem.Ncbi.Nlm.Nih.Gov.
3. Dean, J.TILL. (Redaktör). (1973). Langes handbok för kemi. Elementh Edition. McGraw-Hill Book Company.
4. Zhang, J.X.J. och Hoshino, K. (2019). Grundläggande nano/mikrofabrikering och skaleffekt. I molekylsensorer och nanodevices (andra upplagan). Återhämtat sig från Scientedirect.com.
5. Drouet, c. et al. (2017). Typer av keramik. Kiselnitrid: en introduktion. I framsteg inom keramiska biomaterial. Återhämtat sig från Scientedirect.com.
6. Kita, h. et al. (2013). Granska och översikt över kiselnitrid och Sialon, inklusive deras applikationer. I Handbook of Advanced Ceramics (andra upplagan). Återhämtat sig från Scientedirect.com.
7. Ho, h.L. Och iyer, s.S. (2001). Dramar. Nodkapacitansproblem. I encyklopedi av material: vetenskap och teknik. Återhämtat sig från Scientedirect.com.
8. Zhang, c. (2014). Underskattning av slitage och tribologiska egenskaper hos keramiska matriskompositer. I framsteg inom keramisk matriskompositer (andra upplagan). Återhämtat sig från Scientedirect.com.