piinitridi Si3n4

Piinitridituotteet voidaan jakaa prosessin mukaan reaktiosintraustuotteisiin, kuumapuristustuotteisiin, ilmakehän paineessa oleviin sintraustuotteisiin, isostaattisiin puristussintraustuotteisiin ja reaktioraskaisiin sintraustuotteisiin. Niiden joukossa reaktiosintraus on yleisesti käytetty menetelmä piinitriditulenkestävien tuotteiden valmistukseen.

Piinitridituotteiden valmistus reaktiosintrausmenetelmällä on tuottaa hienoksi jauhettua piijauhetta (hiukkaskoko on yleensä alle 80 μm), muovaus mekaanisella tai isostaattisella puristamalla, sen jälkeen kun raakakappale on kuivattu, kuumennettu 1350-1400 asteeseen typessä, ja nitrattu samanaikaisesti polttoprosessin aikana. Tällä valmistusmenetelmällä raaka-aineolosuhteet, polttoprosessi ja ilmakehän olosuhteet vaikuttavat suuresti tuotteen suorituskykyyn.

Piidioksidijauhe sisältää monia epäpuhtauksia, kuten Fe, Ca, Aì, Ti jne. Fe katsotaan katalyyttinä reaktioprosessissa. Se voi edistää piin diffuusiota, mutta samalla se aiheuttaa myös vikoja, kuten huokoisuutta. Fe:n päärooli lisäaineena: sitä voidaan käyttää katalyyttinä reaktioprosessissa edistämään SiO2-oksidikalvon muodostumista tuotteen pinnalle; Muodostuu rauta-pii-sulajärjestelmä ja typpi liukenee nestemäiseen FeSi2:een, mikä edistää -Si3N4:n muodostumista. Jos rautahiukkaset ovat kuitenkin liian suuria tai pitoisuus on liian suuri, tuotteeseen tulee myös virheitä, kuten huokoisuus, mikä heikentää suorituskykyä. Yleensä lisätyn raudan määrä on 0~5 %. Epäpuhtaudet, kuten Al, Ca, Ti ja muut epäpuhtaudet, on helppo muodostaa eutektiseksi piin kanssa. Sopiva määrä lisäystä voi edistää sintraamista ja parantaa tuotteen suorituskykyä.

Mitä hienompi hiukkaskoko ja suurempi ominaispinta-ala, sitä alhaisempi polttolämpötila. Verrattuna karkeampaan hiukkaskokoon, -Si3N4:n määrä tuotteessa kasvaa. Piidioksidihöyryn hiukkaskoon pienentäminen voi pienentää tuotteen mikroskooppista huokoskokoa. Asianmukainen hiukkaskokosuhde voi parantaa tuotteiden tiheyttä.

Lämpötilalla on voimakas vaikutus nitridoitumisnopeuteen. Typpireaktio alkaa 970-1000 asteessa ja reaktionopeus kiihtyy noin 1250 asteessa. Korkean lämpötilan vaiheessa eksotermisen reaktion vuoksi, jos lämpötila ylittää nopeasti piin sulamispisteen (1420 astetta), piitä on helppo virrata, mikä aiheuttaa piijauherungon sulamisen ja romahtamisen.

Huhtikuussa 2023 Leibnizin yliopiston fotoniikan instituutin johtaja Michael M. Kus-tiimi yhdisti "hybriditeknologian" avulla indiumfosfidista valmistetun laserin, suodattimen ja piinitridistä tehdyn ontelon ja integroi ne yhdelle sirulle. 

Vuonna 2023 Korean materiaalitutkimuksen instituutin Engineering Ceramics Laboratoryn tutkimusryhmä on valmistanut piinitridilaakeripalloja sähköajoneuvojen käyttömoduuleille. Piinitridipalloteknologiaa käyttävien hybridilaakereiden globaalien markkinoiden koon odotetaan kasvavan yli 1,3:een. triljoonaa voittoa vuoteen 2026 mennessä.