لینک دانلود کل 13 صفحه مطلب
سیلیسیم نیترید یک سرامیک نیتروژنی با کاربردهای وسیع است. این سرامیک دارای نیتروژن شامل بخش های کریستالی و بخش های آمورف است. ایده ی استفاده اولیه ی از Si3N4 به عنوان یک سرامیک ابتدا بوسیله ی انگلیسی ها بوده است و سپس بوسیله ی ژاپنی ها توسعه یافته است. به زودی علاقه ها به منظور تحقیقات در زمینه ی این گونه سرامیک ها در تمام دنیا دنبال شده است. این کارها از دهه ی 1970 شروع شده است.
سیلیسیم نیترید یک ماده ی سرامیکی ایده آل است زیرا به منظور پدید آوردن کرنش در این ماده نیازمند اعمال تنش بسیار بالایی است. این ماده همچنین دارای نسبت استحکام به وزن بسیار بالایی است.
برای برطرف نمودن تقاضاهای دنیای مدرن، سیلیسیم نیترید یا سیلیسیم کاربید مواد سرامیکی مطلوبی هستند. این مواد سرامیکی دارای استحکام پیوند بالا، مقاومت به شک حرارتی خوب( به دلیل ضریب انبساط حرارتی پایین) و مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون( در مقایسه با سایر مواد سرامیکی ساختاری در دمای بالا) است. این مواد(سیلیسیم نیترید و سیلیسیم کاربید) قادرند در برابر تنش های مکانیکی و الکتریکی مقاومت کنند. این مسئله باعث شده تا علاقه ی جهانی به منظور توسعه ی مواد سرامیکی مهندسی با قابلیت رقابت با آلیاژهای فلزی، حرکت کند. سرامیک های بر پایه ی سیلیسیم نیترید و کاربید دارای ترکیبی از خواص استثنایی هستند که این مسئله آنها را به عنوان گزینه ای مناسب در کاربردهایی نظیر توربین های گازی، موتورهای اتومبیل، مبدل های حرارتی مورد استفاده در صنعت، سیستم های مصرف انرژی و سایر کاربردهای مهندسی، تبدیل نموده است. علاقه ی اصلی در زمینه ی استفاده از این سرامیک ها به دلیل خاصیت تحمل بالای این مواد در دماهای بالا، مقاومت خوب در برابر شک حرارتی و پایداری شیمیایی این مواد می باشد.
کیفیت پودر سیلیسیم نیترید یک فاکتور کلیدی در ویژگی های قطعه ی نهایی تولید شده از این پودر می باشد. بدنه هایی با درصد فاز آلفای بالا( بیش از 90 درصد) مناسب می باشند. تبدیل فاز آلفا در طی زینترینگ یا در طی فرایند پرس گرم منجر به افزایش دانسیته و توسعه ی ساختار دانه بندی میله ای شکل می شود. این ساختار میله ای شکل دارای قفل های داخلی بیشتری بوده و دارای استحکام بالایی می باشد. از دیگر ویژگی های این ساختار انرژی شکست بالای این گونه ترکیبات است. نبود ذرات درشت دانه یا کلوخه ها برای جلوگیری از بوجود آمدن عیوب ضروری است. این دانه بندی مناسب همچنین برای بهینه سازی استحکام در دمای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون ضروری است. اندازه دانه ی زیر میکرون و مساحت سطح بالا موجب می شود تا پودر موجود فعال باشد. این فعالیت پودر برای زینترینگ و بدست آوردن بدنه های با دانسیته ی بالا، ضروری است. پودری که بتواند دانسیته ی خام بالایی بوجود آورد، موجب می شود تا مقدار شرینکیج در طی زینترینگ و فرایند پرس گرم، کاهش یابد.
پودر سیلیسیم نیترید می تواند با استفاده از چندین روش تولید شود. سه روش متداول عبارتند از نیتریداسیون پودر سیلیسیم، کاهش کربوترمال سیلیس و واکنش های فاز گازی.
سیلیسیم نیترید یک سرامیک نیتروژنی با کاربردهای وسیع است. این سرامیک دارای نیتروژن شامل بخش های کریستالی و بخش های آمورف است. ایده ی استفاده اولیه ی از Si3N4 به عنوان یک سرامیک ابتدا بوسیله ی انگلیسی ها بوده است و سپس بوسیله ی ژاپنی ها توسعه یافته است. به زودی علاقه ها به منظور تحقیقات در زمینه ی این گونه سرامیک ها در تمام دنیا دنبال شده است. این کارها از دهه ی 1970 شروع شده است.
سیلیسیم نیترید یک ماده ی سرامیکی ایده آل است زیرا به منظور پدید آوردن کرنش در این ماده نیازمند اعمال تنش بسیار بالایی است. این ماده همچنین دارای نسبت استحکام به وزن بسیار بالایی است.
برای برطرف نمودن تقاضاهای دنیای مدرن، سیلیسیم نیترید یا سیلیسیم کاربید مواد سرامیکی مطلوبی هستند. این مواد سرامیکی دارای استحکام پیوند بالا، مقاومت به شک حرارتی خوب( به دلیل ضریب انبساط حرارتی پایین) و مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون( در مقایسه با سایر مواد سرامیکی ساختاری در دمای بالا) است. این مواد(سیلیسیم نیترید و سیلیسیم کاربید) قادرند در برابر تنش های مکانیکی و الکتریکی مقاومت کنند. این مسئله باعث شده تا علاقه ی جهانی به منظور توسعه ی مواد سرامیکی مهندسی با قابلیت رقابت با آلیاژهای فلزی، حرکت کند. سرامیک های بر پایه ی سیلیسیم نیترید و کاربید دارای ترکیبی از خواص استثنایی هستند که این مسئله آنها را به عنوان گزینه ای مناسب در کاربردهایی نظیر توربین های گازی، موتورهای اتومبیل، مبدل های حرارتی مورد استفاده در صنعت، سیستم های مصرف انرژی و سایر کاربردهای مهندسی، تبدیل نموده است. علاقه ی اصلی در زمینه ی استفاده از این سرامیک ها به دلیل خاصیت تحمل بالای این مواد در دماهای بالا، مقاومت خوب در برابر شک حرارتی و پایداری شیمیایی این مواد می باشد.
کیفیت پودر سیلیسیم نیترید یک فاکتور کلیدی در ویژگی های قطعه ی نهایی تولید شده از این پودر می باشد. بدنه هایی با درصد فاز آلفای بالا( بیش از 90 درصد) مناسب می باشند. تبدیل فاز آلفا در طی زینترینگ یا در طی فرایند پرس گرم منجر به افزایش دانسیته و توسعه ی ساختار دانه بندی میله ای شکل می شود. این ساختار میله ای شکل دارای قفل های داخلی بیشتری بوده و دارای استحکام بالایی می باشد. از دیگر ویژگی های این ساختار انرژی شکست بالای این گونه ترکیبات است. نبود ذرات درشت دانه یا کلوخه ها برای جلوگیری از بوجود آمدن عیوب ضروری است. این دانه بندی مناسب همچنین برای بهینه سازی استحکام در دمای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون ضروری است. اندازه دانه ی زیر میکرون و مساحت سطح بالا موجب می شود تا پودر موجود فعال باشد. این فعالیت پودر برای زینترینگ و بدست آوردن بدنه های با دانسیته ی بالا، ضروری است. پودری که بتواند دانسیته ی خام بالایی بوجود آورد، موجب می شود تا مقدار شرینکیج در طی زینترینگ و فرایند پرس گرم، کاهش یابد.
پودر سیلیسیم نیترید می تواند با استفاده از چندین روش تولید شود. سه روش متداول عبارتند از نیتریداسیون پودر سیلیسیم، کاهش کربوترمال سیلیس و واکنش های فاز گازی.
شاید متداول ترین روش برای تولید سیلیسیم نیترید روش نیتریداسیون پودر سیلیسیم است.
تولید مواد
به دلیل وجود پیوند با درجه ی کوالانسی بالا، فرایند های زینترینگ معمولی
برای تولید سرامیک های سیلیسیم نیتریدی با دانسیته ی بالا، مفید نمی باشد.
در نتیجه روش های دیگر برای زینترینگ و تولید بدنه ازاین ماده توسعه پیدا
کرده است؛ مثلا نیتریداسیون سیلیسیم فشرده شده یا افزودن کمک ذوب به پودر
سیلیسیم نیترید. اضافه نمودن کمک ذوب ها به پودر سیلیسیم نیترید موجب می
شود تا فرایند زینترینگ فاز مایع بیشتر شود. فرایند زینترینگ فاز مایع با و
یا بدون استفاده از فشار انجام می شود اعمال فشار به زینترینگ فاز مایع
کمک می کند. بدنه های سیلیسیم نیتریدی را می توان بوسیله ی 4 روش زیر تولید
کرد. این روش ها عبارتند از:
1) سیلیسیم نیترید تولید شده با اتصال واکنشی( RBSN)
2) سیلیسیم نیترید تولید شده با زینتزینگ واکنشی( RSSN)
3) سیلیسیم نیترید تولید شده با پرس گرم( HPSN)
4) سیلیسیم نیترید تولید شده با پرس ایزواستاتیک گرم( HIPSN)
1) سیلیسیم نیترید تولید شده با اتصال واکنشی( RBSN)
2) سیلیسیم نیترید تولید شده با زینتزینگ واکنشی( RSSN)
3) سیلیسیم نیترید تولید شده با پرس گرم( HPSN)
4) سیلیسیم نیترید تولید شده با پرس ایزواستاتیک گرم( HIPSN)
زینترینگ هم به صورت تحت فشار گاز و هم به صورت تحت خلأ انجام می شود. هر ماده ای که با روش های بالا تولید می شوند، دارای ویژگی خاص خود هستند زیرا روش تولید آنها متفاوت است.