Nitruro de silicio Si3n4

Los productos de nitruro de silicio se pueden dividir en productos de sinterización por reacción, productos de prensado en caliente, productos de sinterización a presión atmosférica, productos de sinterización por prensado isostático y productos de sinterización pesada por reacción según el proceso. Entre ellos, la sinterización por reacción es un método comúnmente utilizado para la producción de productos refractarios de nitruro de silicio.

La producción de productos de nitruro de silicio mediante el método de sinterización por reacción consiste en producir polvo de silicio finamente molido (el tamaño de partícula generalmente es inferior a 80 μm), moldeado mediante prensado mecánico o isostático, después de secar el cuerpo verde, calentarlo a 1350 ~ 1400 grados en nitrógeno. y nitrurado al mismo tiempo durante el proceso de cocción. Con este método de producción, las condiciones de la materia prima, el proceso de cocción y las condiciones atmosféricas tienen un gran impacto en el desempeño del producto.

El polvo de sílice contiene muchas impurezas, como Fe, Ca, Ai, Ti, etc. El Fe se considera un catalizador en el proceso de reacción. Puede favorecer la difusión del silicio, pero al mismo tiempo también provocará defectos como la porosidad. El papel principal del Fe como aditivo: puede usarse como catalizador en el proceso de reacción para promover la formación de una película de óxido de SiO2 en la superficie del producto; Se forma un sistema fundido de hierro y silicio y el nitrógeno se disuelve en FeSi2 líquido, lo que promueve la formación de -Si3N4. Sin embargo, si las partículas de hierro son demasiado grandes o el contenido es demasiado elevado, también aparecerán en el producto defectos como la porosidad, lo que reducirá el rendimiento. Generalmente, la cantidad de hierro agregada es del 0~5%. Impurezas como Al, Ca, Ti y otras impurezas son fáciles de formar eutécticas con silicio. La cantidad adecuada de adición puede promover la sinterización y mejorar el rendimiento del producto.

Cuanto más finas sean las partículas y mayor la superficie específica, menor será la temperatura de cocción. En comparación con el tamaño de partícula más grueso, la cantidad de -Si3N4 en el producto aumenta. Reducir el tamaño de las partículas del humo de sílice puede reducir el tamaño de poro microscópico del producto. Una proporción adecuada del tamaño de partículas puede mejorar la densidad de los productos.

La temperatura tiene una fuerte influencia en la tasa de nitruración. La reacción de nitruración comienza entre 970 y 1000 grados y la velocidad de reacción se acelera aproximadamente a 1250 grados. En la etapa de alta temperatura, debido a la reacción exotérmica, si la temperatura excede rápidamente el punto de fusión del silicio (1420 grados), es fácil que el silicio fluya, lo que hará que el cuerpo del polvo de silicio se derrita y colapse.

En abril de 2023, el director del Instituto de Fotónica de la Universidad de Leibniz, Michael M. Con la ayuda de una "tecnología híbrida", el equipo de Kus combinó un láser de fosfuro de indio, un filtro y una cavidad de nitruro de silicio e integró en un solo chip. 

En 2023, un equipo de investigación del Laboratorio de Ingeniería Cerámica del Instituto Coreano de Investigación de Materiales fabricó bolas de nitruro de silicio para módulos de propulsión de vehículos eléctricos. Se espera que el tamaño del mercado mundial de rodamientos híbridos que utilizan tecnología de bolas de nitruro de silicio crezca a más del 1,3 billones de wones para 2026.