Wat is siliciumnitride

Siliciumnitride (Si3N4)is een sleutelmateriaal in de ontwikkeling van geavanceerde structurele keramiek voor hoge temperaturen. Bekend om zijn uitzonderlijke eigenschappen zoals hoge temperatuurbestendigheid, slijtvastheid, lage dichtheid, hoge sterkte en hardheid, heeft het een reputatie opgebouwd als de 'veelzijdige kampioen van de materialenwereld'. Deze unieke kenmerken hebben siliciumnitride-keramiek onmisbaar gemaakt op een reeks geavanceerde gebieden, waaronder machinebouw, lucht- en ruimtevaart, nationale defensie, halfgeleidertechnologie en zelfs biomedische toepassingen.

Siliciumnitrideis een anorganische, niet-metaalachtige verbinding bestaande uit Si-N-tetraëdrische eenheden, gekenmerkt door een sterke covalente binding tussen atomen. De hoge bindingssterkte tussen silicium- en stikstofatomen geeft Si3N4 uitstekende mechanische eigenschappen, waaronder superieure hardheid en uitstekende slijtvastheid. Het keramiek vertoont een sterke buig- en drukweerstand, waardoor het zeer duurzaam is in veeleisende omgevingen. Dezelfde sterke covalente binding die siliciumnitride zijn sterkte geeft, resulteert echter ook in beperkte plastische vervorming, wat betekent dat de kristalstructuur zeer weinig slipsystemen kent. Dit geeft siliciumnitride een bros karakter, waardoor het gevoeliger wordt voor breuk onder spanning.

Een van de belangrijkste voordelen vansiliciumnitrideis de sterke chemische stabiliteit ervan, die voortkomt uit de ruimtelijke netwerkstructuur gevormd door de tetraëdrische eenheden van siliciumnitride. Hierdoor is het zeer goed bestand tegen de meeste anorganische zuren en basen, behalve fluorwaterstofzuur, dat het materiaal kan aantasten. Deze chemische robuustheid draagt ​​bij aan de betrouwbaarheid in zware chemische omgevingen, waardoor de potentiële toepassingen in kritische industrieën verder worden uitgebreid.

Siliciumnitride-kristalstructuren

Siliciumnitridebestaat in drie verschillende kristalstructuren: de α-fase, β-fase en γ-fase. Hiervan zijn de α- en β-fasen de meest algemeen waargenomen en gebruikte vormen van Si3N4, die beide tot het hexagonale kristalsysteem behoren. De stabiele netwerkstructuur van deze fasen is verantwoordelijk voor de uitstekende mechanische en thermische eigenschappen die siliciumnitride-keramiek ideaal maken voor een verscheidenheid aan toepassingen.

De β-fase (β-Si3N4) is vooral belangrijk in technische toepassingen vanwege zijn superieure prestaties bij hoge temperaturen en chemische weerstand. Het is de meest gebruikte kristalvorm in industrieën zoals lucht- en ruimtevaart, defensie en machinebouw. β-Si3N4 wordt bijvoorbeeld gebruikt bij de productie van hoogwaardige keramische motoronderdelen, rotors en stators voor gasturbines en mechanische afdichtingsringen, waarbij de zelfsmerende eigenschappen en hoge duurzaamheid onder extreme omstandigheden zeer worden gewaardeerd.

Daarentegen is de γ-fase (γ-Si3N4) een veel minder gebruikelijke vorm van siliciumnitride die alleen kan worden gesynthetiseerd onder omstandigheden van hoge temperatuur en hoge druk. Als gevolg hiervan heeft het onderzoek naar siliciumnitridestructuren zich voornamelijk gericht op de α- en β-fasen.

Hoge thermische geleidbaarheidSiliciumnitride keramische substraten

Terwijl de elektronica-industrie zich blijft ontwikkelen in de richting van grotere systematisering, intelligentie en integratie, nemen de eisen aan halfgeleiderapparaten snel toe. Met het stijgende ingangsvermogen naar elektronische chips en dichter op elkaar gepakte circuits wordt de hitte die tijdens bedrijf wordt gegenereerd een aanzienlijke uitdaging. Efficiënte warmteafvoer is een kritische factor geworden bij het verbeteren van de algehele prestaties en efficiëntie van halfgeleiderapparaten, en dit is waar siliciumnitride een cruciale rol speelt.

De hoge theoretische thermische geleidbaarheid van siliciumnitride, gecombineerd met uitstekende elektrische isolatie en weerstand tegen oxidatie, maakt het een ideaal materiaal voor krachtige elektronische verpakkingssubstraten. Bovendien komt de thermische uitzettingscoëfficiënt nauw overeen met die van de materialen die in halfgeleiderchips worden gebruikt, waardoor de structurele integriteit wordt gewaarborgd en de thermische spanning tijdens bedrijf wordt geminimaliseerd. Deze eigenschappen maken de productie mogelijk van hoogwaardige substraten voor warmteafvoer in toepassingen zoals hogesnelheidscircuits, IGBT's (Insulated Gate Bipolar Transistors), LG (Light Guides) en CPV (Concentrated Photovoltaic) systemen.

Het vermogen van siliciumnitride om warmte effectief af te voeren, terwijl de elektrische isolatie en mechanische stabiliteit behouden blijven, is essentieel voor apparaten die grote hoeveelheden stroom verwerken. De uitstekende prestaties op deze gebieden zorgen niet alleen voor de betrouwbare werking van vermogenshalfgeleiders, maar dragen ook bij aan de miniaturisatie en efficiëntie van moderne elektronische systemen.

Conclusie

Samenvattend maakt de unieke combinatie van sterkte, hittebestendigheid, chemische stabiliteit en thermische geleidbaarheid van siliciumnitride het tot een onmisbaar materiaal in een verscheidenheid aan hoogwaardige toepassingen. Van het gebruik ervan in de lucht- en ruimtevaart en defensie voor de productie van duurzame componenten met hoge temperaturen, tot zijn rol bij het oplossen van uitdagingen op het gebied van warmtedissipatie in halfgeleiderapparaten met hoog vermogen: siliciumnitride blijft een cruciale speler in de vooruitgang van moderne technologieën. Terwijl onderzoek de eigenschappen en mogelijkheden ervan blijft onderzoeken, staat siliciumnitride op het punt een kampioen te blijven in de wereld van geavanceerde materialen.

Semicorex biedt hoogwaardige kwaliteitSiN-substraat. Als u vragen heeft of aanvullende informatie nodig heeft, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen.

Neem contact op met telefoonnummer +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com