Vad är Silicon Nitride

Kiselnitrid (Si3N4)är ett nyckelmaterial i utvecklingen av avancerad högtemperatur-strukturkeramik. Känd för sina exceptionella egenskaper som hög temperaturbeständighet, slitstyrka, låg densitet, hög hållfasthet och hårdhet, har den fått ett rykte som "materialvärldens mångsidiga mästare." Dessa unika egenskaper har gjort kiselnitridkeramik oumbärlig inom en rad banbrytande områden, inklusive maskinteknik, flyg, nationellt försvar, halvledarteknik och till och med biomedicinska tillämpningar.

Kiselnitridär en oorganisk, icke-metallisk förening som består av Si-N tetraedriska enheter, kännetecknad av en stark kovalent bindning mellan atomer. Den höga bindningsstyrkan mellan kisel- och kväveatomer ger Si3N4 enastående mekaniska egenskaper, inklusive överlägsen hårdhet och utmärkt slitstyrka. Dess keramik visar stark böj- och kompressionsmotstånd, vilket gör den mycket hållbar i krävande miljöer. Men samma starka kovalenta bindning som ger kiselnitrid sin styrka resulterar också i begränsad plastisk deformation, vilket innebär att kristallstrukturen har väldigt få glidsystem. Detta ger kiselnitrid en spröd natur, vilket gör den mer benägen att spricka under stress.

En av de viktigaste fördelarna medkiselnitridär dess starka kemiska stabilitet, som härrör från den rumsliga nätverksstrukturen som bildas av de tetraedriska enheterna av kiselnitrid. Detta gör den mycket motståndskraftig mot de flesta oorganiska syror och baser, förutom fluorvätesyra, som kan korrodera materialet. Denna kemiska robusthet ökar dess tillförlitlighet i tuffa kemiska miljöer, vilket ytterligare utökar dess potentiella tillämpningar i kritiska industrier.

Kristallstrukturer av kiselnitrid

Kiselnitridexisterar i tre olika kristallstrukturer: α-fasen, β-fasen och γ-fasen. Bland dessa är α- och β-faserna de vanligast observerade och använda formerna av Si3N4, som båda tillhör det hexagonala kristallsystemet. Den stabila nätverksstrukturen i dessa faser är ansvarig för de utmärkta mekaniska och termiska egenskaperna som gör kiselnitridkeramik idealisk för en mängd olika applikationer.

β-fasen (β-Si3N4) är särskilt viktig i tekniska tillämpningar på grund av dess överlägsna prestanda under höga temperaturer och kemisk beständighet. Det är den mest använda kristallformen inom industrier som flyg-, försvars- och maskinteknik. Till exempel används β-Si3N4 vid tillverkning av högpresterande keramiska motordelar, rotorer och statorer för gasturbiner och mekaniska tätningsringar, där dess självsmörjande egenskaper och höga hållbarhet under extrema förhållanden värderas högt.

Däremot är γ-fasen (γ-Si3N4) en mycket mindre vanlig form av kiselnitrid som endast kan syntetiseras under förhållanden med hög temperatur och högt tryck. Som ett resultat av detta har forskningen om kiselnitridstrukturer i första hand fokuserat på α- och β-faserna.

Hög värmeledningsförmågaKeramiska substrat av kiselnitrid

När elektronikindustrin fortsätter att utvecklas mot större systemisering, intelligens och integration ökar kraven på halvledarenheter snabbt. Med stigande ineffekt till elektroniska chips och tätare packade kretsar blir värmen som genereras under drift en betydande utmaning. Effektiv värmeavledning har blivit en kritisk faktor för att förbättra den övergripande prestandan och effektiviteten hos halvledarenheter, och det är här kiselnitrid spelar en viktig roll.

Kiselnitrids höga teoretiska värmeledningsförmåga, i kombination med utmärkt elektrisk isolering och motståndskraft mot oxidation, gör det till ett idealiskt material för högeffekts elektroniska förpackningssubstrat. Dessutom överensstämmer dess värmeutvidgningskoefficient nära den för materialen som används i halvledarchips, vilket säkerställer strukturell integritet och minimerar termisk stress under drift. Dessa egenskaper möjliggör produktion av högpresterande substrat för värmeavledning i applikationer som höghastighetskretsar, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors), LG (Light Guides) och CPV (Concentrated Photovoltaic) system.

Kiselnitrids förmåga att avleda värme effektivt, samtidigt som elektrisk isolering och mekanisk stabilitet bibehålls, är avgörande för enheter som hanterar stora mängder ström. Dess utmärkta prestanda inom dessa områden säkerställer inte bara tillförlitlig drift av krafthalvledare utan bidrar också till miniatyrisering och effektivitet hos moderna elektroniska system.

Slutsats

Sammanfattningsvis gör kiselnitrids unika kombination av styrka, värmebeständighet, kemisk stabilitet och värmeledningsförmåga det till ett oumbärligt material i en mängd olika högpresterande applikationer. Från dess användning inom flyg- och försvarsindustrin för tillverkning av hållbara högtemperaturkomponenter, till dess roll i att lösa värmeavledningsutmaningar i högeffektshalvledarenheter, fortsätter kiselnitrid att vara en viktig aktör i utvecklingen av modern teknik. När forskningen fortsätter att utforska dess egenskaper och potential, är kiselnitrid redo att förbli en mästare i världen av avancerade material.

Semicorex erbjuder hög kvalitetSiN-substrat. Om du har några frågor eller behöver ytterligare information, tveka inte att kontakta oss.

Kontakta telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com