سیلیکون نیترید

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
سیلیکون نیترید
Sample of silicon nitride
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس 12033-89-5 YesY
پاب‌کم 3084099 YesY
کم‌اسپایدر 2341213 YesY
شمارهٔ ئی‌سی 234-796-8
MeSH Silicon+nitride
جی‌مول-تصاویر سه بعدی Image 1
خصوصیات
فرمول مولکولی N4Si3
جرم مولی ۱۴۰٫۲۸ g mol−1
شکل ظاهری grey odorless powder
چگالی 3.44 g/cm3 solid
دمای ذوب ۱٬۹۰۰ درجه سلسیوس (۳٬۴۵۰ درجه فارنهایت; ۲٬۱۷۰ کلوین) decomposes
ضریب شکست (nD) 2.016[۱]
ترکیبات مرتبط
دیگر آنیون‌ها سیلیسیم کاربید سیلیسیم دی اکسید
دیگر کاتیون‌ها نیترید بور
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
 YesY (بررسی) (چیست: YesY/N؟)
Infobox references

سیلیکون نیترید (به انگلیسی: Silicon nitride) با فرمول شیمیایی Si۳N۴ یک ترکیب شیمیایی با شناسه پاب‌کم ۳۰۸۴۰۹۹ است.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

در سال 1994 یک مقاله را در مورد سرامیک Si3N4 که بر اساس بررسی های اینترنتی از سالهای 1967 -1992، که توسط موسسه Gmelin Staffordshire، انگلستان انجام شده بود، منتشر شد. تمامی این پژوهش ها به کاربردها و خواص اساسی نیترید سیلیسیم اشاره داشتند. در این پژهش های منتشر شده بیشتر به نیترید سیلیسیم بعنوان یک دیرگداز توجه شده است، زیرا این ماده دارای مقاومت به شوک حرارتی مناسب ( پایین بودن ضریب انبساط حرارتی پایین ) خنثی بودن نسبت به اکثر فلزات مذاب ، پایداری حرارتی بالا، مقاومت به سایش و فرسایش بالا با توجه به سختی مناسب شان و بعنوان یک ماده سرامیکی ، استحکام شکست و چقرمگی شکست نسبتا مناسبی دارد[1].

خلاصه ای از خواص نیترید سیلیسیم بصورت جدول 1 نشان داده شده است. قدمت استفاده از نیترید سیلیسیم به  سال 1950 در نسوزهای کوره های بلند می رسد. میتوان گفت، در این دوره بیشترین درصد کاربرد نیترید سیلیسیم به نسوز کوره ، تجهیزات ریخته گری پیوسته ، لوله های راهگاهی، غلاف ترموکوپل ها اختصاص یافته بود. از کاربردهای دیگر نیترید سیلیسیم به استفاده از آن برای پوشش دهی ابزارهای ماشین کاری به روش CVD برای ماشینکاری فلزات سخت مثل انواع فولاد و چدن و آلیاژهای نیکل اشاره نمود[2].

همچنین این ماده بعلت پایداری حراتی بالا در صنایع هسته ای کاربرد زیادی داشته و بعلت مقاومت بخوردگی بالا بعنوان پوشش مناسب روی فیبرهای نوری از طریق فرآیند CVD برای جلوگیری از آسیب های خوردگی اعمال می گردد [1]. در پژوهش های انجام یافته توسط  Mazzaocchi  و همکارانش این ماده با توجه به خواص بی نظیر خود بعنوان ماده اولیه برای ساخت انواع پروتز ها و اندام های مصنوعی و ماده اصلی مرکزی پروتزهای دندانی مطرح و معرفی گردید [5-3].

در سال 1981  نتیجه مطالعات مروری خود را با رویکرد بررسی ترمودینامیکی و دیاگرام های فازی انتشار داد. مطالعات ایشان روی نیتراسیون سیلیسیم خالص کریستالی فرآیند ساخت نیترید سیلیسیم ، خواص مکانیکی، ریزساختار و مقاومت به اکسیداسیون نیترید سیلیسیم را شامل می شد[6].

در سال 2007   Hampshireمقاله ی مروری خود را با مطالعه روی خواص ، ساختار و فرآیند تولید نیترید سیلیسیم انتشار داد. در کنار تشریح ساختار کریستالی و تحولات فازی ایشان ارتباط میان ساختار و خواص نیترید سیلیسیم را نیز تشریح نمود.

Hampshire در این پژوهش خود تاکید کرد که مقداری از افزودنی در ابتدا نشان می دهد، تعیین شیمی فاز شیشه ای مرز دانه ها را که بر روی خواص از قبیل چقرمگی شکست ، استحکام دمای بالا، مقاومت به خزش و اکسیداسیون تاثیر می گذارد. بعلاوه با کنترل طبیعت فازهای بین دانه ای ، روی مورفولوژی فاز نیترید سیلیسیم بتا که پارامتر مهمی است و روی خواص سرامیک موثر است، تاثیر می گذارد. همچنین مطالعات مروری ایشان مشخص نمود که در شاریط یکسان از حفرات در قطعات، در صورتیکه نست شکل ( فاکتور شکل ) افزایش یابد، مقاومت به اشاعه ترک افزایش خواهد یافت. این نسبت یا فاکتور شکل متاثر از تعداد دانه های کشیده نیترید سیلیسیم بوده و توسط سهم یا درصد افزودنی های مثل اکسید ایتریم (  ( Y2O3 و  اکسید آلومنیم (Al2O3 ) کنترل می شود. او بیان نمود که مقاوت به شکست و استحکام بالا میتواند توسط خوداستحکامی نیترید سیلیسیم  با کنترل اندازه و کسر حجمی دانه های فاز نیترید سیلیسیم β با فاکتور شکل بالا در زمینه بهبود یابد.

ساختار کریستالی نیترید سیلیسیم

سیلیسیم نیترید دارای دو شکل کریستالوگرافی است که فرم آلفا و بتا نامیده می شوند. هر دوی این فرم کریستالی به صورت هگزاگونال هستند و دارای حجم سلول واحد یکسانی هستند اما فاصله ی بین صفحه ای d در فرم آلفا دو برابر فرم بتاست. فرم آلفای تصویر آینه ای فرم بتاست. آلفا سیلیسیم نیترید( فاز دما پایین) تقریبا در دمای 1500 درجه ی سانتیگراد به فرم بتا تبدیل می شود. این تغییر فازی به عنوان یک تغییر فاز برگشت پذیر در نظر گرفته نمی شود. دانسیته های تئوری برای فازهای آلفا و بتا به ترتیب برابراست با 18/3 و 19/3 .

چیدمان لایه های اتمی در نیترید سیلیسیم α  از لایه های متوالی ABCD  و نوع β از تکرار لایه های متوالی AB تشکیل شده است. ساختار بر مبنای شبکه ای از چهار وجهی های Si3N4 بنا شده است. بطوریکه یک اتم سیلیسیم در مرکز جهار وجهی ( تتراهدرال ) قرار داشته و چهار اتصال با نیتروژن دارد. چهار وجهی های Si3N4 از گوشه ها به یکدیگر متصل شده و هر نیتروژن بین سه چهار وجهی به اشتراک گذاشته شده است.

1. Ellen Y. Sun, Paul F. Becher, Kevin P. Plucknett, and Chun-Hway Hsueh " Microstructural Design of Silicon Nitride with Improved Fracture Toughness: II, Effects of Yttria and Alumina Additives", Manuel E. Brito Published Date    November 1998.

2. Berroth K, Prescher T, Schubert J (2005) 3rd DRACHE-seminar casting techniques, Lahnstein, Germany, May 9–11, 2003

3. Mazzocchi M, Bellosi A "On the possibility of silicon nitride as a ceramic for structural Orthopaedic implants. Part I: processing, microstructure mechanical properties, cytotoxicity "(2008) J Mater Sci Mater Med 19:2881

4. Mazzocchi M, Gardini D, Traverso PL, Faga MG, Bellosi " On the possibility of silicon nitride as a ceramic for structural orthopaedic implants. Part II: chemical stability and wear resistance in body environment (2008) J Mater Sci Mater Med 19:2889

5. Neumann A, Reske T, Held M, Jahnke K, Ragoß C, Maier HR " Comparative investigation of the biocompatibility of various silicon nitride ceramic qualities in vitro" (2004) J Mater Sci Mater Med 15:1135

6. J Weiss –" Silicon nitride ceramics: composition, fabrication parameters, and properties "Annual Review of Materials Science, 1981 - annualreviews.org

7. Hampshire S" Silicon nitride ceramics – review of structure, processing and properties "(2007) J Achiev Mater Manuf Eng 24(1):43