- Struktūra
- Nomenklatūra
- Savybės
- Fizinė būklė
- Molekulinė masė
- Lydymosi temperatūra
- Tankis
- Tirpumas
- Cheminės savybės
- Kitos savybės
- Gavimas
- Programos
- Elektronikos srityje
- Keraminėse medžiagose
- Kaip biomedicininė medžiaga
- Kaip gaminamas silicio nitridas biomedicinai
- Įvairiose programose
- Nuorodos
Silicio nitrido yra neorganinis junginys, susidedančios iš azoto (N) ir silicio (Si). Jo cheminė formulė yra Si 3 N 4 . Tai ryškiai pilka arba šviesiai pilka medžiaga, pasižyminti išskirtiniu kietumu ir atsparumu aukštoms temperatūroms.
Dėl savo savybių silicio nitridas naudojamas tais atvejais, kai reikalingas didelis atsparumas dilimui ir aukšta temperatūra. Pavyzdžiui, jis naudojamas pjovimo įrankiams ir rutuliniams guoliams gaminti.
Silicio nitrido sfera Si 3 N 4 . Lukasbošas. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.
Jis naudojamas mašinose, kurios turi atsispirti didelėms mechaninėms jėgoms, tokiose kaip turbinų mentės, kurios yra tarsi dideli cilindrai, kur ašmenys turi suktis dideliu greičiu, praleidžiant vandenį ar dujas, gamindami energiją.
Silicio nitrido keramika naudojama detalėms, kurios turi liestis su išlydytais metalais, gaminti. Jie taip pat gali būti naudojami kaip žmogaus ar gyvūno kaulų pakaitalas.
Si 3 N 4 turi elektrines izoliacines savybes, tai yra, neperduoda elektros energijos. Todėl jis gali būti naudojamas mikroelektronikos programose arba labai mažuose elektroniniuose prietaisuose.
Struktūra
Silicio nitriduose kiekvienas silicio atomas (Si) yra kovalentiškai sujungtas su 4 azoto atomais (N). Priešingai, kiekvienas azoto atomas yra prijungtas prie 3 silicio atomų.
Todėl jungtys yra labai stiprios ir suteikia junginiui aukštą stabilumą.
Lewis silicio nitrido Si 3 N 4 struktūra . Grasso Luigi. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.
Trimatė silicio nitrido Si 3 N 4 struktūra . Pilka = silicis; mėlyna = azotas. Grasso Luigi. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.
Silicio nitridas turi tris kristalines struktūras: alfa (α-Si 3 N 4 ), beta (β-Si 3 N 4 ) ir gama (γ-Si 3 N 4 ). Alfa ir beta yra labiausiai paplitusios. Gama gaunama esant aukštam slėgiui ir temperatūrai ir yra kiečiausia.
Nomenklatūra
- Silicio nitridas
- Trisilicio tetranitridas
Savybės
Fizinė būklė
Tvirta ryškiai pilka spalva.
Molekulinė masė
140,28 g / mol
Lydymosi temperatūra
1900 ºC
Tankis
3,44 g / cm 3
Tirpumas
Netirpus vandenyje. Tirpsta vandenilio fluorido rūgštyje HF.
Cheminės savybės
Tai labai stabilus junginys dėl silicio ir azoto atomų sujungimo Si 3 N 4.
Silicio nitridas pasižymi puikiu atsparumu druskos (HCl) ir sieros (H 2 SO 4 ) rūgštims . Jis taip pat yra labai atsparus oksidacijai. Jis atsparus liejamam aliuminiui ir jo lydiniams.
Kitos savybės
Jis pasižymi dideliu atsparumu šilumos smūgiams, dideliu kietumo išlaikymu aukštoje temperatūroje, puikiu atsparumu erozijai ir dilimui bei puikiu atsparumu korozijai.
Jis pasižymi išskirtiniu kietumu, leidžiantį naudoti plono storio medžiagas. Jis išlaiko savo savybes aukštoje temperatūroje.
Silicio nitrido plėvelės yra puikios kliūtys vandens, deguonies ir metalų difuzijai, net esant aukštai temperatūrai. Jie yra labai kieti ir turi didelę dielektrinę konstantą, o tai reiškia, kad jie prastai veda elektrą, todėl veikia kaip elektros izoliatorius.
Dėl visų šių priežasčių ši medžiaga yra tinkama naudoti esant aukštai temperatūrai ir dideliam mechaniniam įtempimui.
Gavimas
Jis gali būti gaunamos, pradedant nuo tarp amoniako (NH reakcijos 3 ) ir silicio chlorido (SiCl 4 ), kuriame silicio amido Si (NH 2 ) 4 pagamintas, kuri, kai tai pašildyto suformuoja imidą ir tada silicio nitrido Si 3 N 4 .
Reakciją galima apibendrinti taip:
Silicio chloridas + amoniakas → silicio nitridas + druskos rūgštis
3 SiCl 4 (dujos) + 4 NH 3 (dujos) → Si 3 N 4 (kietos medžiagos) + 12 HCl (dujos)
Jis taip pat gaminamas apdorojant kompaktišką miltelinį silicį (Si) azoto dujomis (N 2 ) 1200–1400 ° C temperatūroje. Tačiau ši medžiaga turi 20–30% mikroporiškumo, kuris riboja jos mechaninį stiprumą.
3 Si (kietas) + 2 N 2 (dujos) → Si 3 N 4 (kietas)
Dėl šios priežasties Si 3 N 4 milteliai yra sukepinami, kad susidarytų tankesnė keramika. Tai reiškia, kad milteliai yra veikiami aukšto slėgio ir temperatūros.
Programos
Elektronikos srityje
Silicio nitridas dažnai naudojamas kaip pasyvinis ar apsauginis sluoksnis integruotose grandinėse ir mikromechaninėse struktūrose.
Integruota grandinė yra struktūra, kurioje yra elektroniniai komponentai, reikalingi tam tikrai funkcijai atlikti. Jis taip pat vadinamas lustu arba mikroschema.
Silicio nitridas Si 3 N 4 naudojamas mikroschemų gamyboje. Originalus įkėlėjas buvo Zephyris angliškoje Vikipedijoje. . Šaltinis: „Wikimedia Commons“.
Si 3 N 4 pasižymi puikiu atsparumu vandens, deguonies ir metalų, tokių kaip natris, difuzijai, todėl jis tarnauja kaip izoliacinis sluoksnis arba barjeras.
Jis taip pat naudojamas kaip dielektrinė medžiaga, tai reiškia, kad jis yra blogas elektros laidininkas, todėl veikia kaip izoliatorius.
Tai naudojama mikroelektroninėms ir fotoninėms reikmėms (šviesos bangų generavimui ir aptikimui). Jis naudojamas kaip plonas sluoksnis optinėse dangose.
Tai yra labiausiai paplitusi dielektrinė medžiaga, naudojama dinaminės laisvosios kreipties atminties kondensatoriuose arba DRAM (Dynamic Random Access Memory), naudojama kompiuteriuose.
Kompiuteriuose ar kompiuteriuose naudojama DRAM atmintis. Gali būti silicio nitrido. Victorrocha. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.
Keraminėse medžiagose
Silicio nitrido keramika pasižymi aukšto kietumo ir atsparumo dilimui savybėmis, todėl ji naudojama tribologinėje inžinerijoje, ty ten, kur daug trinties ir susidėvėjimo.
Tankus Si 3 N 4 pasižymi dideliu lankstumu, dideliu atsparumu įtrūkimams, geru atsparumu tempimui ar slydimui, dideliu kietumu ir puikiu atsparumu erozijai.
Įvairių dydžių rutuliniai guoliai, pagaminti iš silicio nitrido. Jie naudojami naudoti mašinose. Lukasbošas. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.
Tai gaunama silicio nitridą perdirbant sukepinant skystoje fazėje, pridedant aliuminio oksido ir itrio oksido (Al 2 O 3 + Y 2 O 3 ) 1750–1900 ° C temperatūroje.
Sukepinimas - tai junginių miltelių veikimas aukštu slėgiu ir temperatūra, norint gauti tankesnę ir kompaktiškesnę medžiagą.
Silicio nitrido keramika gali būti naudojama, pavyzdžiui, aliuminio lydymo įrenginiuose, t. Y. Labai karštose vietose, kur yra išlydytas aliuminis.
Vamzdžių sandarinimo vamzdis, pagamintas iš Si 3 N 4 keramikos ir naudojamas procesuose su lietiniu aliuminiu. Hshkrc. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.
Silicio nitrido keramikos struktūra suteikia puikią galimybę optimizuoti savybes konkrečioms reikmėms atsižvelgiant į inžinierių reikalavimus. Net daugelis jos galimų taikymo sričių dar nėra įgyvendintos.
Kaip biomedicininė medžiaga
Nuo 1989 m. Buvo nustatyta, kad Si 3 N 4 yra biologiškai suderinama medžiaga, tai reiškia, kad ji gali pakeisti gyvo organizmo dalį nepadarydama žalos ir leisdama regeneruoti aplink jį esantį audinį.
Jis naudojamas komponentų, skirtų nešantiems kaulams pakeisti ar taisyti, gamybai, taip pat tarpslanksteliniams įtaisams, tai yra, mažiems daiktams, kurie leidžia atkurti stuburą.
Atliekant bandymus su žmonių ar gyvūnų kaulais, kaulo ir implantų arba Si 3 N 4 keramikos gabalų jungtis atsirado per trumpą laiką .
Žmogaus kūno kaulus galima taisyti arba pakeisti silicio nitrido dalimis. Autorius: Com329329. Šaltinis: „Pixabay“.
Silicio nitridas nėra toksiškas, jis skatina ląstelių adheziją, normalų ląstelių dauginimąsi arba dauginimąsi ir jų diferenciaciją ar augimą pagal ląstelių tipą.
Kaip gaminamas silicio nitridas biomedicinai
Šioje paraiškoje, Si 3 N 4 yra anksčiau buvo atlikta sukepinimo proceso su priedais aliuminio oksido ir itrio oksido (Al 2 O 3 + Y 2 O 3 ). Tai susideda iš slėgio ir aukštos temperatūros Si 3 N 4 milteliams ir priedams.
Ši procedūra suteikia gautai medžiagai galimybę užkirsti kelią bakterijų dauginimuisi, sumažina infekcijos riziką ir palaiko organizmo ląstelių metabolizmą.
Taigi tai atveria galimybę skatinti greitesnį gijimą kaulų taisymo priemonėse.
Įvairiose programose
Jis naudojamas aukštoje temperatūroje, kur reikalingas atsparumas dilimui, pavyzdžiui, guoliai (dalys, palaikančios sukimosi judesį mašinose) ir pjovimo įrankiai.
Jis taip pat naudojamas turbinų mentėse (mašinose, sudarytose iš būgno su ašmenimis, kurie sukasi praleidžiant vandenį ar dujas ir tokiu būdu sukuria energiją) ir kaitinamosiose jungtyse (jungtys aukštoje temperatūroje).
Turbinos ar orlaivio variklyje, jo geležtėse gali būti silicio nitrido. Autorius: Lars_Nissen_Photoart. Šaltinis: „Pixabay“.
Jis naudojamas termoporų vamzdeliuose (temperatūros davikliuose), išlydyto metalo tigliuose ir raketų kuro purkštukuose.
Nuorodos
- Cotton, F. Albert ir Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pažangi neorganinė chemija. Ketvirtasis leidimas. Johnas Wiley ir sūnūs.
- JAV nacionalinė medicinos biblioteka. (2019 m.). Silicio nitridas. Atkurta iš pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Dekanas, JA (redaktorius). (1973). Lange'io chemijos vadovas. Vienuoliktas leidimas. „McGraw-Hill“ knygų įmonė.
- Zhang, JXJ ir Hoshino, K. (2019). Nano / mikrofabrikavimo pagrindai ir masto efektas. Molekuliniuose davikliuose ir nanodalelėse (antrasis leidimas). Atgauta iš „sciencedirect.com“.
- Drouet, C. et al. (2017 m.). Keramikos rūšys. Silicio nitridas: įvadas. Keraminių biomedžiagų pažanga. Atgauta iš „sciencedirect.com“.
- Kita, H. ir kt. (2013). Silicio nitrido ir SiAlON apžvalga ir apžvalga, įskaitant jų programas. Pažangiosios keramikos vadove (antrasis leidimas). Atgauta iš „sciencedirect.com“.
- Ho, HL ir Iyer, SS (2001). DRAM. Mazgo talpos problemos. Medžiagų enciklopedijoje: Mokslas ir technologijos. Atgauta iš „sciencedirect.com“.
- Zhang, C. (2014). Suprasti keraminių matricinių kompozitų susidėvėjimą ir tribologines savybes. „Keleivių matricos kompozitų“ pažanga (antrasis leidimas). Atgauta iš „sciencedirect.com“.