Piilinitruro (Si3N4) rakenne, ominaisuudet, hankkiminen, käyttö

Hän piin nitruro Se on epäorgaaninen yhdiste, jonka muodostavat typpi (N) ja pii (kyllä). Sen kemiallinen kaava on jos₃N₄. Se on kirkkaan harmaa tai harmaa materiaali, jolla on poikkeuksellinen kovuus ja vastus korkeille lämpötiloille.

Ominaisuuksiensa vuoksi Piili -nituroa käytetään sovelluksissa, joissa vaaditaan korkea kulumiskestävyys ja korkeita lämpötiloja. Sitä käytetään esimerkiksi leikkaustyökalujen ja laakerin valmistukseen.

Pilikonitridi -pallo Kyllä₃N₄. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)]. Lähde: Wikimedia Commons.

Sitä käytetään koneisiin, joiden on vastustettava korkeita mekaanisia voimia, kuten turbiinipaletteja, jotka ovat kuin suuria sylintereitä, joissa palettien on käännyttävä suurilla nopeuksilla veden tai kaasujen yli, tuottaen energiaa.

Silikonin nitro -keramiikkaa käytetään osien valmistamiseen, joiden on jouduttava kosketuksiin sulan metallien kanssa. Niitä palvelevat myös korvaavan ihmisen luiden tai eläinten korvikkeet.

Hän tekee₃N₄ Siinä on sähköeristeen ominaisuudet, ts. Se ei lähetä sähköä. Siksi sitä voidaan käyttää mikroelektronisissa sovelluksissa tai hyvin pienissä elektronisissa laitteissa.

[TOC]

Rakenne

Pii -nitrurossa kukin piitatomi (Si) on kovalenttisesti yhteydessä 4 typpiatomiin (n). Päinvastoin, jokainen typpiatomi on kytketty kolmeen piidiomiin.

Siksi ammattiliitot ovat erittäin vahvoja ja antavat yhdisteelle korkean stabiilisuuden.

Pii -nitridin Lewis -rakenne kyllä₃N₄. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/4.0)]. Lähde: Wikimedia Commons.Rakenne pii -nitridin kolmessa ulottuvuudessa₃N₄. Harmaa = pii; Sininen = typpi. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/4.0)]. Lähde: Wikimedia Commons.

Piilinitrurolla on kolme kiteistä rakennetta: alfa (α-yes₃N₄), beeta (β-si₃N₄) ja gamma (γ-yes₃N₄-A. Alfa ja beeta ovat yleisimpiä. Gamma saadaan korkeilla paineilla ja lämpötiloissa ja on vaikein.

Nimikkeistö

• Piin nitruro
• Trisilicio tetranitride

Ominaisuudet

Fyysinen tila

Kirkkaan harmaa.

Molekyylipaino

140,28 g/mol

Sulamispiste

1900 ºC

Tiheys

3,44 g/cm³

Liukoisuus

Liukenematon veteen. Liukoinen fluorhorhorihapon HF.

Voi palvella sinua: CD3: Ominaisuudet, toiminnot

Kemialliset ominaisuudet

Tämä on erittäin vakaa yhdiste, joka johtuu siitä, miten pii- ja typpiatomit ovat yhteydessä SI: hen₃N_4.

Piiliippillä on erinomainen vastus suolahapoille (HCL) ja rikki (H₂Sw₄-A. Se on myös erittäin kestävä hapettumiselle. Se on kestävä sulan alumiinille ja sen seoksille.

Muut ominaisuudet

Sillä on hyvä vastus lämpöiskulle, korkea kovuus retentio korkeissa lämpötiloissa, erinomainen eroosio- ja kulumisvastus ja erinomainen korroosionkestävyys.

Sillä on poikkeuksellinen kovuus, joka mahdollistaa materiaalin ohuiden paksuuksien levittämisen. Ylläpitää ominaisuuksiaan korkeissa lämpötiloissa.

Piilinitruro -kalvot ovat erinomaisia ​​esteitä veden, hapen ja metallien leviämiselle, jopa korkeissa lämpötiloissa. Ne ovat erittäin kovia ja niillä on korkea dielektrisyysvakio, mikä tarkoittaa, että sähkö johtaa huonosti, joten ne toimivat sähköisinä eristiminä.

Kaikista näistä syistä se on riittävä materiaali korkean lämpötilan ja korkeiden mekaanisten stressisovellusten suhteen.

Saada

Se voidaan saada ammoniakin välisestä reaktiosta (NH₃) ja piikloridi (sicl₄), jossa pii -amidia tuotetaan (NH₂-A₄ että lämmitettäessä muodostaa imidan ja sitten piin nitruro, jos₃N₄.

Reaktio voidaan tiivistää seuraavasti:

Pii + ammoniakkikloridi → Pii -nitridi + suolahappo

3 sicl₄ (kaasu) + 4 NH₃ (kaasu) → Kyllä₃N₄ (kiinteä) + 12 HCl (kaasu)

Se valmistetaan myös pii (kyllä) kompakti jauhe typpikaasulla (n₂) Lämpötilassa 1200–1400 ° C. Tällä materiaalilla on kuitenkin 20-30% mikrohuokoisuudesta, joka rajoittaa sen mekaanista voimaa.

3 Kyllä (kiinteä) + 2 n₂ (kaasu) → Kyllä₃N₄ (kiinteä)

Siksi itsessään pöly on sintraus₃N₄ Tiheämmän keramiikan muodostamiseksi tämä tarkoittaa, että pöly läpikäyvät korkeaa painetta ja lämpötilaa.

Sovellukset

Elektroniikan alalla

Pii -nitruroa käytetään usein passiivisen tai suojauksen kerroksena integroiduissa piireissä ja mikromekaanisissa rakenteissa.

Integroitu piiri on rakenne, joka sisältää tarvittavat elektroniset komponentit jonkin toiminnon suorittamiseksi. Sitä kutsutaan myös Chipiksi tai mikrosiruiksi.

Voi palvella sinua: metallitPii nitruro jos₃N₄ Sitä käytetään mikrosirujen valmistuksessa. Alkuperäinen lähettäjä oli zephyris englanniksi Wikipedia. [CC BY-S (http: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0/]]. Lähde: Wikimedia Commons.

Hän tekee₃N₄ Sillä on erinomainen vastus veden, hapen ja metallien, kuten natriumin, diffuusiolle, joten se toimii eristyskerroksena tai esteinä.

Sitä käytetään myös dielektrisenä materiaalina, tämä tarkoittaa, että se on huono sähkön johdin, joten se toimii tämän eristimenä.

Tämä palvelee mikroelektronisia ja fotonisia sovelluksia (valon aaltojen luominen ja havaitseminen). Sitä käytetään hienona kerroksena optisissa pinnoitteissa.

Se on yleisin dielektrinen materiaali, jota käytetään kondensaattoreissa satunnaisen pääsyn dynaamisiin mutaisiin (lyhenne englanniksi Dynaaminen satunnainen käyttö muisti), jotka ovat tietokoneissa tai tietokoneissa käytettyjä.

Tietokoneissa tai tietokoneissa käytetty DRAM -muisti. Se voi sisältää pii -nitruroa. Vicrorocha [CC by (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by/3.0)]. Lähde: Wikimedia Commons.

Keraamisissa materiaaleissa

Piilitridikeramiikassa on suuri kovuus ja kulumisvastusominaisuudet, joten sitä käytetään tribologisten tekniikan sovelluksissa, ts.

Hän tekee₃N₄ Tiheällä on suuri joustava voima, korkea murtumankestävyys, hyvä vetäminen tai liukuva vastus, korkea kovuus ja erinomainen eroosioresistenssi.

Silikonin nitrurolla tehdyt erikokoiset pallot. Niitä palvelevat koneissa. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)]. Lähde: Wikimedia Commons.

Tämä saadaan, kun pii -nitruro käsitellään keinoin₂JOMPIKUMPI₃ + JA₂JOMPIKUMPI₃) lämpötiloissa 1750-1900 ° C.

Sintraus koostuu yhdisteen pölyn alistamisesta korkeisiin paineisiin ja lämpötiloihin tiheän ja kompaktin materiaalin saamiseksi.

Piilinitridikeramiikkaa voidaan käyttää esimerkiksi alumiinin valukaitteissa, toisin sanoen erittäin kuumissa paikoissa, joissa on sulaa alumiinia.

Tiivistysputki, joka on valmistettu itsestään keramiikasta₃N₄ ja käytetään sulamisprosesseissa. HSHKRC [CC BY-S (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/4.0)]. Lähde: Wikimedia Commons.

Silicon Nitro -keramiikan rakenne tarjoaa loistavan mahdollisuuden optimoida tiettyjen sovellusten ominaisuudet insinöörien vaatimusten mukaan. Jopa monet sen mahdollisista sovelluksista eivät ole vielä toteutuneet.

Voi palvella sinua: Inert Aine: Konsepti, ominaisuudet, esimerkit

Biolääketieteen materiaalina

Vuodesta 1989 todettiin, että SI₃N₄ Se on biologisesti yhteensopiva materiaali, mikä tarkoittaa, että se voi korvata osan elävästä organismista aiheuttamatta vaurioita ja sallimalla sen ympärillä olevan kudoksen uudistamisen.

Sen tarkoituksena on valmistaa komponentti.

Ihmisissä tai eläimissä suoritetuissa testeissä lyhyessä ajassa luun ja implanttien välinen liitto tai keraamisia kappaleita₃N₄.

Ihmiskehon luut voidaan korvata tai korvata piinitridikappaleilla. Kirjoittaja: COM329329. Lähde: Pixabay.

Pii -nitruro on ei -toksinen, suosii solujen tarttumista, solujen normaalia lisääntymistä tai kertomista ja niiden solujen erilaistumista tai kasvua.

Kuinka pii -nitruro on valmistettu biolääketieteelle

Tätä sovellusta varten SI₃N₄ Se on aikaisemmin toimitettu sintrausprosessiin, jossa on alumiinioksidilisäaineita ja ititrium -oksidia (₂JOMPIKUMPI₃+JA₂JOMPIKUMPI₃-A. Tämä koostuu paineen ja korkean lämpötilan kohdistamisesta itsessään₃N₄ Plus lisäaineet.

Tämä toimenpide aiheuttaa tuloksena olevan materiaalin kyvyn estää bakteerien kasvua vähentämällä infektion riskiä ja suosimalla kehon solujen aineenvaihduntaa.

Siksi se avaa mahdollisuuden edistää nopeampaa paranemista luun korjauslaitteissa.

Useissa sovelluksissa

Sitä käytetään korkean lämpötilan sovelluksissa, joissa vaaditaan kulutuskestävyyttä, kuten laakerit (osien, jotka tukevat pyörivää liikettä koneissa) ja leikkaustyökaluja.

Sitä käytetään myös turbiinipaleteissa (koneet, jotka on muodostettu rumpusta, jossa on paletteja, jotka kääntävät vettä tai kaasua ja tuottavat siten energiaa) ja hehkulamppuja (korkeat lämpötilan nivelet).

Turbiini tai lentokone, paletit voivat sisältää pii -nitruroa. Kirjoittaja: lars_nissen_photoart. Lähde: Pixabay.

Sitä käytetään termoploituneissa putkissa (lämpötila -anturit), sulat metallikrosolit ja rakettien polttoaineen injektorit.

Viitteet

1. Puuvilla, f. Albert ja Wilkinson, Geoffrey. (1980). Edistynyt epäorgaaninen kemia. Neljäs painos. John Wiley & Sons.
2. TAI.S. Lääketieteen kansalliskirjasto. (2019). Piinitridi. PubChemistä toipunut.NCBI.Nlm.NIH.Hallitus.
3. Dean, J.-Lla. (Toimittaja). (1973). Langen kemian käsikirja. Elementh Edition. McGraw-Hill Book Company.
4. Zhang, J.X.J -. ja hoshino, k. (2019). Nano/mikrovalmisteen ja mittakaavan vaikutuksen perusteet. Molekyyliantureissa ja nanodeviceissä (toinen painos). ScienEdirect.com.
5. Drouet, c. et al. (2017). Keramiikkatyypit. Pii -nitride: Johdanto. Keraamisten biomateriaalien edistyessä. ScienEdirect.com.
6. Kita, H. et al. (2013). Katsaus ja yleiskatsaus piinitridistä ja Sialonista, mukaan lukien niiden sovellukset. Advanced Ceramicsin käsikirjassa (toinen painos). ScienEdirect.com.
7. Ho, h.Lens. Ja iyer, s.S. (2001). Drams. Solmun kapasitanssikysymykset. Materiaalien tietosanakirja: Tiede ja tekniikka. ScienEdirect.com.
8. Zhang, c. (2014). Keraamisten matriisikomposiittien kulumisen ja tribologisten ominaisuuksien aliarviointi. Keraamisten matriisikomposiittien edistyksessä (toinen painos). ScienEdirect.com.