Štruktúra kremíka nitruro (SI3N4), vlastnosti, získanie, použitie, použitia

On kremík Je to anorganická zlúčenina tvorená dusíkom (N) a kremíkom (áno). Jeho chemický vzorec je IF₃N₄. Je to jasne šedý alebo šedý materiál s výnimočnou tvrdosťou a odporom voči vysokým teplotám.

Vďaka svojim vlastnostiam sa kremíkový nituro používa v aplikáciách, kde sa vyžaduje vysoký odpor voči opotrebovaniu a vysoké teploty. Napríklad sa používa na výrobu strihových nástrojov a guľôčok ložiska.

Kremíková nitridová guľa Áno₃N₄. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]. Zdroj: Wikimedia Commons.

Používa sa v kusoch strojov, ktoré musia odolávať vysokým mechanickým silám, ako sú palety turbíny, ktoré sú ako veľké valce, kde sa palety musia otáčať vysokými rýchlosťami nad vodou alebo plynmi a produkujú energiu.

Keramika kremíka nituro sa používa na vytvorenie častí, ktoré musia prísť do kontaktu s roztavenými kovmi. Slúžia tiež na použitie ako náhrada za ľudské kosti alebo zvieratá.

On robí₃N₄ Má vlastnosti elektrického izolátora, to znamená, že neprenáša elektrinu. Preto sa môže použiť v mikroelektronických aplikáciách alebo veľmi malých elektronických zariadeniach.

[TOC]

Štruktúra

V kremínovom nitruro je každý atóm kremíka (SI) kovalentne spojený so 4 atómami dusíka (N). Naopak, každý atóm dusíka je spojený s 3 atómami kremíka.

Preto sú odbory veľmi silné a dodávajú zlúčenine vysokú stabilitu.

Lewisová štruktúra nitridu kremíka ÁNO₃N₄. Grasso Luigi [CC By-SA (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)]. Zdroj: Wikimedia Commons.Štruktúra v troch rozmeroch nitridu kremíka, ak₃N₄. Šedá = kremík; Modrý = dusík. Grasso Luigi [CC By-SA (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)]. Zdroj: Wikimedia Commons.

Kremík nitruro má tri kryštalické štruktúry: alfa (a-yes₃N₄), beta (p-si₃N₄) a gama (γ-yes₃N₄). Alfa a beta sú najbežnejšie. Gama sa získava pri vysokých tlakoch a teplotách a je najťažšie.

Menovanie

• Kremík
• Trisilici tetranitrid

Vlastnosti

Fyzický stav

Jasne šedá pevná látka.

Molekulová hmotnosť

140,28 g/mol

Bod topenia

1900 ° C

Hustota

3,44 g/cm³

Rozpustnosť

Nerozpustné vo vode. Rozpustný vo fluórhorickej kyseline HF.

Môže vám slúžiť: CD3: Charakteristiky, funkcie

Chemické vlastnosti

Je to veľmi stabilná zlúčenina, a to spôsobená spôsobom, akým sú atómy kremíka a dusíka spojené so SI₃N_4.

Silikónový nituro má vynikajúcu rezistenciu na kyseliny chlorovodíkovej (HCI) a sulfúru (H₂SW₄). Je tiež veľmi odolný voči oxidácii. Je odolný voči roztavenému hliníku a jeho zliatine.

Ďalšie vlastnosti

Má dobrú odolnosť voči tepelnému šoku, vysokej retencii tvrdosti pri vysokých teplotách, vynikajúcou odolnosťou voči erózii a opotrebovaniu a vynikajúcej odolnosti proti korózii.

Má výnimočnú tvrdosť, ktorá umožňuje aplikáciu tenkých hrúbok materiálu. Udržuje svoje vlastnosti pri vysokých teplotách.

Filmy Nitruro kremíka sú vynikajúcimi prekážkami pre difúziu vody, kyslíka a kovov, dokonca aj pri vysokých teplotách. Sú veľmi ťažké a majú vysokú dielektrickú konštantu, čo znamená, že elektrina vedie zle, takže pôsobia ako elektrický izolátor.

Z týchto dôvodov je to primeraný materiál pre aplikácie vysokej teploty a vysokého mechanického napätia.

Získanie

Môže sa získať z reakcie medzi amoniakom (NH₃) a chlorid kremíka (SICL₄), v ktorom sa vyrába amid kremíka (NH₂)₄ že keď sa zahrieva, tvorí imidu a potom kremík nitruro, ak₃N₄.

Reakciu možno zhrnúť takto:

Silikón + chlorid amoniaku → nitrid kremíka + kyselina chlorovodíková

3 SICL₄ (plyn) + 4 NH₃ (plyn) → Áno₃N₄ (tuhé) + 12 HCl (plyn)

Vyrába tiež ošetrenie kremíkového (áno) kompaktného prášku s dusíkom plynným (n₂) Pri teplote 1200-1400 ° C. Tento materiál má však 20-30% mikroporozity, ktorá obmedzuje jeho mechanickú silu.

3 Áno (pevné) + 2 n₂ (plyn) → Áno₃N₄ (tuhé)

Preto je prach sám spekaný₃N₄ Ak chcete vytvoriť hustejšiu keramiku, znamená to, že prach prechádza vysokým tlakom a teplotou.

Žiadosti

V oblasti elektroniky

Silikón Nitruro sa často používa ako vrstva pasivácie alebo ochrany v integrovaných obvodoch a mikromechanických štruktúrach.

Integrovaný obvod je štruktúra, ktorá obsahuje potrebné elektronické komponenty na vykonanie určitej funkcie. Nazýva sa tiež chip alebo mikročip.

Môže vám slúžiť: kovyKremík nitruro, ak₃N₄ Používa sa vo výrobe mikročipov. Originálny uploader bol Zephyris na anglickej Wikipédii. [CC By-S (http: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0/]]. Zdroj: Wikimedia Commons.

On robí₃N₄ Má vynikajúcu odolnosť voči difúzii vody, kyslíka a kovov, ako je sodík, takže slúži ako izolačná vrstva alebo bariéra.

Používa sa tiež ako dielektrický materiál, to znamená, že je zlým vodičom elektriny, takže pôsobí ako izolátor tohto.

Toto slúži na mikroelektronické a fotonické aplikácie (generovanie a detekcia svetelných vĺn). Používa sa ako jemná vrstva v optických povlakoch.

Je to najbežnejší dielektrický materiál používaný v kondenzátoroch pre dynamické zmätky náhodného prístupu (skratka pre angličtinu Dynamická pamäť s náhodným prístupom), ktoré sú používané na počítačoch alebo počítačoch.

DRAM Pamäť použitá na počítačoch alebo počítačoch. Môže obsahovať kremík nitruro. Victorrocha [CC By (https: // creativeCommons.Org/licencie/o/3.0)]. Zdroj: Wikimedia Commons.

V keramických materiáloch

Keramika nitridu kremíka má vysoké vlastnosti tvrdosti a odolnosti proti opotrebeniu, takže sa používa v aplikáciách tribologických inžiniersky.

On robí₃N₄ Hustá má vysokú flexibilnú silu, vysokú odolnosť voči zlomeninám, dobrý odpor alebo posuvný odpor, vysoká tvrdosť a vynikajúci odolnosť proti erózii.

Ložiská s rôznymi veľkosťami vyrobenými zo kremíka nitruro. Slúžia na použitie v strojoch. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]. Zdroj: Wikimedia Commons.

Toto sa získa, keď sa kremíkový nitruro spracuje prostriedkom₂Ani₃ + A₂Ani₃) pri teplotách 1750-1900 ° C.

Spekanie spočíva v vystavení prachu zlúčeniny vysokým tlakom a teplotám, aby sa získal hustý a kompaktný materiál.

Keramika nitridu kremíka sa môže použiť napríklad v hliníkovom odlievacom zariadení, to znamená veľmi horúce miesta, kde je roztavený hliník.

Tesniaca trubica vyrobená z keramiky samotnej₃N₄ a používané v procesoch roztaveného hliníka. HShKRC [CC By-S (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)]. Zdroj: Wikimedia Commons.

Štruktúra kremíkovej keramiky kremíka poskytuje skvelú príležitosť na optimalizáciu nehnuteľností pre konkrétne aplikácie podľa požiadaviek inžinierov. Dokonca aj mnohé z jeho potenciálnych aplikácií sa ešte nenaplnili.

Môže vám slúžiť: inertná hmota: koncept, charakteristiky, príklady

Ako biomedicínový materiál

Od roku 1989 sa zistilo, že SI₃N₄ Je to biokompatibilný materiál, čo znamená, že môže nahradiť časť živého organizmu bez toho, aby spôsobil poškodenie a umožnil regeneráciu tkaniva okolo neho.

Slúži na výrobu komponentov na výmenu alebo opravu kostí, ktoré podporujú záťaž a tiež medzistavcovské zariadenia, to znamená malé predmety, ktoré umožňujú opravu chrbtice.

V testoch vykonávaných u ľudí alebo zvierat v krátkom čase spojenie medzi kosťou a implantátmi alebo keramickými kúskami, či₃N₄.

Kosti ľudského tela môžu byť vymenené alebo nahradené kusmi nitridu kremíka. Autor: COM329329. Zdroj: Pixabay.

Silikónový nitruro je nettoxický, uprednostňuje bunkovú adhéziu, normálnu proliferáciu alebo násobenie buniek a ich bunkové diferenciácie alebo rast alebo rast buniek.

Ako sa vyrába kremík nitruro pre biomedicínu

Pre túto aplikáciu SI₃N₄ Predtým sa predkladá na spekajúci proces s prísadami hlinitého a oxidom ititrium (do₂Ani₃+A₂Ani₃). To spočíva v tom, že na samotný prach využíva tlak a vysokú teplotu₃N₄ plus prísady.

Tento postup spôsobí, že výsledný materiál má schopnosť zabrániť rastu baktérií znížením rizika infekcie a uprednostňovaním bunkového metabolizmu tela tela.

Preto otvára možnosť podpory rýchlejšieho hojenia v zariadeniach na opravu kostí.

V niekoľkých aplikáciách

Používa sa v aplikáciách s vysokou teplotou, kde je potrebný odpor opotrebovania, ako sú ložiská (časti, ktoré podporujú rotujúci pohyb v strojoch) a strihacie nástroje.

Používa sa tiež v paletách turbíny (stroje tvorené bubnom s paletami, ktoré otáčajú vodu alebo plyn, a tak generujú energiu) a žiarovky (kĺby vysokej teploty).

Turbína alebo lietadlo, vaše palety môžu obsahovať kremík nitruro. Autor: lars_nissen_photoart. Zdroj: Pixabay.

Používa sa v termočastovaných skúmavkách (teplotné senzory), roztavené kovové crosoly a injektory raketového paliva.

Odkazy

1. Bavlna, f. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chémia. Štvrté vydanie. John Wiley & Sons.
2. Alebo.Siež. Lekárska knižnica. (2019). Kremík. Obnovený z pubchem.Ncbi.NLM.NIH.Vláda.
3. Dean, J.Do. (Editor). (1973). Langeova príručka chémie. Vydanie elementu. McGraw-Hill Book Company.
4. Zhang, J.X.J. a Hoshino, K. (2019). Základy nano/mikrofabrikácie a účinku mierky. V molekulárnych senzoroch a nanodevices (druhé vydanie). Zotavené z vedeckých pracovníkov.com.
5. Drouet, C. a kol. (2017). Typy keramiky. Kremíkový nitrid: Úvod. V pokroku v keramických biomateriáloch. Zotavené z vedeckých pracovníkov.com.
6. Kita, h. a kol. (2013). Preskúmanie a prehľad kremíkových nitridu a sialonu vrátane ich aplikácií. V Handbook of Advanced Ceramics (druhé vydanie). Zotavené z vedeckých pracovníkov.com.
7. Ho, h.L. A Iyer, s.Siež. (2001). Dramy. Problémy s kapacitou uzlov. V encyklopédii materiálov: veda a technológia. Zotavené z vedeckých pracovníkov.com.
8. Zhang, C. (2014). Podcestovanie opotrebenia a tribologických vlastností kompozitov keramickej matrice. V pokrokoch v kompozitoch keramickej matrice (druhé vydanie). Zotavené z vedeckých pracovníkov.com.