O nitreto de silício É um composto inorgânico formado por nitrogênio (N) e silício (Si). Sua fórmula química é Si3N4. É um material cinza claro ou cinza claro de dureza excepcional e resistência a altas temperaturas.
Devido às suas propriedades, o nitreto de silício é utilizado em aplicações onde é necessária alta resistência ao desgaste e altas temperaturas. Por exemplo, é usado para fabricar ferramentas de corte e rolamentos de esferas.
É utilizado em máquinas que devem resistir a altas forças mecânicas, como as pás das turbinas, que são como grandes cilindros onde as pás devem girar em altas velocidades com a passagem de água ou gases, produzindo energia.
Cerâmicas de nitreto de silício são usadas para fazer peças que devem entrar em contato com metais fundidos. Eles também servem para serem usados como substitutos de ossos humanos ou animais.
Ele sim3N4 Possui propriedades de isolamento elétrico, ou seja, não transmite eletricidade. Portanto, pode ser usado em aplicações de microeletrônica ou em dispositivos eletrônicos muito pequenos.
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No nitreto de silício, cada átomo de silício (Si) está covalentemente ligado aos 4 átomos de nitrogênio (N). Vice-versa, cada átomo de nitrogênio está ligado aos 3 átomos de silício.
Portanto, as ligações são muito fortes e dão alta estabilidade ao composto..
O nitreto de silício tem três estruturas cristalinas: alfa (α-Si3N4), beta (β-Si3N4) e gama (γ-Si3N4) Alfa e beta são os mais comuns. Gama é obtido em altas pressões e temperaturas e é o mais difícil.
Cinza brilhante sólido.
140,28 g / mol
1900 ºC
3,44 g / cm3
Insolúvel em água. Solúvel em ácido fluorídrico HF.
Este é um composto muito estável, devido à forma como os átomos de silício e nitrogênio estão ligados em Si3N4.
O nitreto de silício tem excelente resistência ao ácido clorídrico (HCl) e sulfúrico (HdoisSW4) Também é muito resistente à oxidação. É resistente ao alumínio fundido e suas ligas.
Possui boa resistência ao choque térmico, alta retenção de dureza em temperaturas elevadas, excelente resistência à erosão e desgaste, e excelente resistência à corrosão.
Possui uma dureza excepcional que permite a aplicação de finas espessuras de material. Mantém suas propriedades em altas temperaturas.
Filmes de nitreto de silício são excelentes barreiras para a difusão de água, oxigênio e metais, mesmo em altas temperaturas. São muito duros e possuem uma constante dielétrica elevada, o que significa que conduzem mal a eletricidade, agindo assim como um isolante elétrico..
É por todas essas razões que é um material adequado para aplicações de alta temperatura e alta tensão mecânica..
Pode ser obtido a partir da reação entre amônia (NH3) e cloreto de silício (SiCl4), em que a amida de silício Si (NHdois)4 que quando aquecido forma uma imida e então nitreto de silício Si3N4.
A reação pode ser resumida da seguinte forma:
Cloreto de silício + amônia → nitreto de silício + ácido clorídrico
3 SiCl4 (gás) + 4 NH3 (gás) → Sim3N4 (sólido) + 12 HCl (gás)
Também é fabricado tratando silício em pó compacto (Si) com gás nitrogênio (Ndois) a temperaturas de 1200-1400 ° C. No entanto, este material possui microporosidade de 20-30% que limita sua resistência mecânica..
3 Si (sólido) + 2 Ndois (gás) → Sim3N4 (sólido)
Portanto, o pó de Si é sinterizado.3N4 para formar uma cerâmica mais densa, isso significa que o pó é submetido a alta pressão e temperatura.
O nitreto de silício é frequentemente usado como uma camada de passivação ou proteção em circuitos integrados e estruturas micromecânicas..
Um circuito integrado é uma estrutura que contém os componentes eletrônicos necessários para executar alguma função. Também é chamado de chip ou microchip.
Ele sim3N4 possui excelente resistência à difusão de água, oxigênio e metais como o sódio, por isso serve como camada isolante ou barreira.
Também é utilizado como material dielétrico, ou seja, é um mau condutor de eletricidade, por isso atua como isolante deste.
Isso serve para aplicações microeletrônicas e fotônicas (geração e detecção de ondas de luz). Usado como uma camada fina em revestimentos ópticos.
É o material dielétrico mais comum usado em capacitores de memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM). Memória de acesso aleatório dinâmico), que são aqueles usados em computadores ou computadores.
A cerâmica de nitreto de silício possui propriedades de alta dureza e resistência ao desgaste, portanto é utilizada em aplicações de engenharia tribológica, ou seja, aplicações onde ocorre muito atrito e desgaste..
Ele sim3N4 denso exibe alta resistência flexível, alta resistência à fratura, boa resistência ao arrasto ou deslizamento, alta dureza e excelente resistência à erosão.
Isto é obtido quando o nitreto de silício é processado por sinterização em fase líquida pela adição de óxido de alumínio e óxido de ítrio (AldoisOU3 + YdoisOU3) a temperaturas de 1750-1900 ° C.
A sinterização consiste em submeter um pó composto a altas pressões e temperaturas para obter um material mais denso e compacto..
Cerâmica de nitreto de silício pode ser usada, por exemplo, em equipamentos de fundição de alumínio, ou seja, locais muito quentes onde há alumínio fundido.
A estrutura da cerâmica de nitreto de silício oferece uma grande oportunidade de otimizar propriedades para aplicações específicas de acordo com as demandas dos engenheiros. Mesmo muitas de suas aplicações potenciais ainda não se materializaram..
Desde 1989, foi estabelecido que o Si3N4 é um material biocompatível, o que significa que pode substituir uma parte de um organismo vivo sem causar danos e permitindo a regeneração do tecido ao seu redor.
É utilizado na fabricação de componentes para reposição ou reparo de ossos de sustentação e também dispositivos intervertebrais, ou seja, pequenos objetos que permitem reparar a coluna..
Em testes realizados em ossos humanos ou animais, em um curto espaço de tempo, a união entre o osso e os implantes ou peças cerâmicas de Si3N4.
O nitreto de silício não é tóxico, favorece a adesão celular, a proliferação normal ou multiplicação de células e sua diferenciação ou crescimento por tipo celular.
Para esta aplicação, o Si3N4 é previamente submetido a um processo de sinterização com aditivos de alumina e óxido de ítrio (AldoisOU3+YdoisOU3) Isso consiste em aplicar pressão e alta temperatura ao pó de Si.3N4 mais aditivos.
Esse procedimento confere ao material resultante a capacidade de prevenir o crescimento bacteriano, reduzindo o risco de infecção e favorecendo o metabolismo celular do organismo..
Portanto, abre a possibilidade de promover uma cicatrização mais rápida em dispositivos de reparo ósseo..
Usado em aplicações de alta temperatura onde a resistência ao desgaste é necessária, como rolamentos (peças que suportam o movimento rotacional em máquinas) e ferramentas de corte.
Também é utilizado em pás de turbinas (máquinas formadas por um tambor com pás que giram ao passar água ou gás e, portanto, geram energia) e conexões incandescentes (juntas a altas temperaturas).
Usado em tubos de termopar (sensores de temperatura), cadinhos de metal fundido e injetores de combustível de foguete.
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