Nitruto de silicio

Nitruro de Silicio
Propiedades
Alta tensión mecánica a temperatura ambiente y a altas temperaturas.
Buena resistencia a la oxidación y al desgaste en altas temperaturas.
Alta resistencia al choque térmico.
Gran resistencia a la abrasión y a la corrosión.
Baja densidad, por lo que tiene un bajo momento de inercia.
Densidad | 2.4 (g /cm3) |
Porosidad aparente | 15 – 23 % |
Dureza(Vickers) | 800 – 1000 (kg/mm2) |
Módulo de elasticidad | 170 – 220 (GPa) |
Resistencia a la Cizalla | 190 – 240 (MPa) |
Resistencia a compresión | 550 – 650 (Mpa) |

Aplicaciones
El nitruro de silicio es el material principalmente utilizado para los componentes en motores de última tecnología, diesel y de turbina de gas. La gama de piezas de cerámica potencialmente útiles incluye componentesestructurales estáticos y los dinámicos como los rotores del turbo.
Las levas del nitruro de silicio se han introducido en los motores diesel debido a su funcionamiento superior frente al desgaste. Una de las ventajas adicionales es la eliminación o reducción de la necesidad de lubricación forzada y de los costosos canales de lubricación. 
Rodamientos de nitruro de silicio, los cuales pueden sercompletamente cerámicos, o híbridos, con balines de cerámico y pistas de acero.
También son usados en herramientas abrasivas y de corte.
Estructuras
El nitruro de silicio existe comúnmente en dos modificaciones cristalográficas hexagonales señaladas como la α y las β-fases. La fase β es frecuente a altas temperaturas. Las impurezas metálicas son negativas para las característicastermomecánicas del Si3N4 y en los polvos más puros su concentración total no excede de 100 ppm. Los niveles de tolerancia para los metales varían, pero cualquier contaminante preferiblemente se debe dispersar homogéneamente en el polvo que estar presente en partículas discretas. Los álcalis y los metales que forman los cristales que tienen un bajo punto de fusión son inaceptables porque pueden causar fallos alas altas temperaturas.
α Si3Na4 β Si3Na4

Una fase menos común, es la fase γ, la cual sólo puede ser sinterizada a altas presiones y temperaturas. Es una fase cúbica.
Estequiometría
Es nitruro de silicio se obtiene de una reacción simple entre el silicio y el nitrógeno a temperaturas entre 1300 y 1400 °C.
3 Si(s) + 2 N2(g) → Si3N4(s)
Por síntesis
SiCl4(l) +6 NH3(g) → Si(NH)2(s) + 4 NH4Cl(s)    at 0 °C
3 Si(NH)2(s) → Si3N4(s) + N2(g) + 3 H2(g)    at 1000 °C
O por una reducción carbotérmica en una atmósfera rica en nitrógeno a 1400 – 1450 °C:
3 SiO2(s) + 6 C(s) + 2 N2(g) → Si3N4(s) + 6 CO(g)

Procesos de fabricación
Hay dos técnicas básicas para la síntesis industrial del polvo Si3N4, aunque existen otros métodos disponibles. Ya que el nitrurode silicio es un compuesto covalente consolidado que tiene un coeficiente de difusión bajo, las ayudas de sinterización se utilizan para alcanzar la densificación completa. Las ayudas son típicamente óxidos tales como Al2O3, Y2O3, ZrO2, MgO, óxidos del lantanidos, y, ocasionalmente, A1N también. Los cristales de α-Si3N4, que abarcan típicamente el 90% del material del polvo de partida, sedisuelven en la fase líquida formada por la reacción de los aditivos de la sinterización con la capa de la silice presente en la superficie de las partículas del nitruro de silicio, entonces reprecipitan como β-Si3N4. Esto transformación de la β-fase es facilitada por la presencia de la fase líquida así como núcleos del β-cristal.
Las partes de geometrías simples se pueden hacer fácilmente por prensadoisostatico en seco o prensado isostático en frío y densificación por sinterización o prensado isostático en caliente (HIP). Las temperaturas típicas de sinterización están en la gama de 1700-2000 ºC, dependiendo de la composición y de la concentración del aditivo de sinterización, y para prevenir la descomposición del nitruro de silicio, las piezas se encajan en un polvo protector tal como...