Nitruro de silicio

Cerámica estructural del Nitruro de Silicio
El nitruro de silicio es el material dominante para los usos de cerámica estructurales en ambientes de la alta tensión mecánica y térmica por ejemplo en los motores de vehículos de la propulsión. Sus características hacen a este material el único conveniente para alta tensión mecánica a temperatura ambiente y a temperaturas elevadas, buena resistencia ala oxidación y al desgaste a altas temperaturas, alta resistencia al choque térmico, resistencia excelente a la abrasión y a la corrosión, baja densidad, y, por lo tanto, un momento bajo de inercia. Además, el nitruro de silicio se fabrica de materias primas abundantes.
Sistema Material
Hay dos técnicas básicas para la síntesis industrial del polvo Si3N4, aunque existen otros métodosdisponibles. El más antiguo y más extensamente utilizado es el método de nitració n del silicio. El silicio se calienta en una atmósfera del nitrógeno a las temperaturas de 1100-1450 ºC en la presencia de un catalizador de hierro. La pureza del producto depende de la pureza de los materiales de partida, de la cantidad de catalizador usada, y del grado al cual se quita el catalizador. El otro procesocomercial es una reacción donde el tetracloruro del silicio o un silano reaccionan con amoníaco líquido a bajas temperaturas. El compuesto del silicio se disuelve en un solvente aromático tal como tolueno y la imida de silicio se forma en el interfaz entre el amoníaco líquido y la fase orgánica. La imida de silicio se separa y se convierte térmicamente al nitruro de silicio cristalino dando por resultadoun polvo de la pureza elevada.
El nitruro de silicio existe en dos modificaciones cristalográficas hexagonales señaladas como la a y las β-fases. La fase β es frecuente a altas temperaturas. Las impurezas metálicas son negativas para las características termomecánicas del Si3N4 y en los polvos más puros su concentración total no excede de 100 ppm. Los niveles de tolerancia para los metalesvarían, 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 a las altas temperaturas. El aluminio y el magnesio no son problemáticos por lo que se utilizan con frecuencia como aditivos desinterización. Los metales de la transición tales como Fe, Ni, o Cr pueden afectar a la dureza del material

Fabricación de cerámica estructural del Nitruro de Silicio
Tecnología de fabricación
Una variedad de piezas densas simples y complejas es hecha de los polvos Si3N4 por técnicas de proceso de cerámica. Ya que el nitruro de silicio es un compuesto covalente consolidado que tiene un coeficiente dedifusión 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. Se agregan solo o en combinaciones en cantidades de varios por ciento del peso y pueden alcanzar el 15 % en peso de la matriz. Los cristales de α-Si3N4, que abarcan típicamente el90% del material del polvo de partida, se disuelven 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. No parece ser reversible.Se observa la cerámica es más fuerte cuando se eliminan todos los poros y ocurre la conversión completa a β-Si3N4. Una matriz cristalina densa consiste en los granos característicos de las β-fase formados. Los cristales se rodean por una fase amorfa o cristalina intergranular fina que se forma al enfriar.
La composición y la cantidad de aditivos de la sinterización afectan profundamente a las...