Struktur Silikon Nitruro (SI3N4), Properti, Perolehan, Penggunaan

Dia Silikon Nitruro Ini adalah senyawa anorganik yang dibentuk oleh nitrogen (N) dan silikon (ya). Formula kimianya adalah jika₃N₄. Itu adalah bahan abu -abu terang atau abu -abu dengan kekerasan luar biasa dan ketahanan terhadap suhu tinggi.

Karena sifatnya, silikon nituro digunakan dalam aplikasi di mana resistensi tinggi terhadap keausan dan suhu tinggi diperlukan. Misalnya, ini digunakan untuk memproduksi alat pemotong dan membawa bola.

Silikon nitrida bola ya₃N₄. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0)]. Sumber: Wikimedia Commons.

Ini digunakan dalam potongan -potongan mesin yang harus menahan gaya mekanik tinggi, seperti palet turbin, yang seperti silinder besar di mana palet harus berbalik pada kecepatan tinggi di atas air atau gas, menghasilkan energi.

Keramik silikon nituro digunakan untuk membuat bagian yang harus bersentuhan dengan logam cair. Mereka juga berfungsi untuk digunakan sebagai pengganti tulang atau hewan manusia.

Dia melakukannya₃N₄ Ini memiliki sifat isolator listrik, yaitu, tidak mentransmisikan listrik. Oleh karena itu dapat digunakan dalam aplikasi mikroelektronik atau perangkat elektronik yang sangat kecil.

[TOC]

Struktur

Dalam silikon nitruro, setiap atom silikon (SI) secara kovalen terkait dengan 4 atom nitrogen (n). Sebaliknya, setiap atom nitrogen terkait dengan 3 atom silikon.

Oleh karena itu serikat pekerja sangat kuat dan memberikan stabilitas tinggi pada senyawa.

Lewis Struktur silikon nitrida ya₃N₄. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)]. Sumber: Wikimedia Commons.Struktur dalam tiga dimensi silikon nitrida jika₃N₄. Abu -abu = silikon; Biru = nitrogen. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)]. Sumber: Wikimedia Commons.

Silicon Nitruro memiliki tiga struktur kristal: alpha (α-yes₃N₄), beta (β-Si₃N₄) dan gamma (γ-yes₃N₄). Alfa dan beta adalah yang paling umum. Gamma diperoleh pada tekanan tinggi dan suhu dan merupakan yang paling sulit.

Tata nama

• Silikon Nitruro
• Trisilicio tetranitride

Properti

Keadaan fisik

Solid abu -abu cerah.

Berat molekul

140.28 g/mol

Titik lebur

1900 ºC

Kepadatan

3.44 g/cm³

Kelarutan

Tidak larut dalam air. Larut dalam asam fluorhororat HF.

Dapat melayani Anda: CD3: Karakteristik, fungsi

Sifat kimia

Ini adalah senyawa yang sangat stabil, karena cara di mana atom silikon dan nitrogen terkait dengan SI₃N_4.

Silikon Nituro memiliki resistensi yang sangat baik terhadap asam klorida (HCl) dan sulfat (h₂Sw₄). Ini juga sangat tahan terhadap oksidasi. Itu tahan terhadap aluminium cair dan paduannya.

Properti lainnya

Ini memiliki ketahanan yang baik terhadap guncangan termal, retensi kekerasan tinggi pada suhu tinggi, ketahanan yang sangat baik terhadap erosi dan keausan, dan ketahanan korosi yang sangat baik.

Ini memiliki kekerasan luar biasa yang memungkinkan penerapan ketebalan material tipis. Mempertahankan sifat -sifatnya pada suhu tinggi.

Film silikon nitruro adalah hambatan yang sangat baik untuk difusi air, oksigen dan logam, bahkan pada suhu tinggi. Mereka sangat keras dan memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, yang berarti bahwa listrik mengarah dengan buruk, sehingga mereka bertindak sebagai isolator listrik.

Karena semua alasan inilah bahan yang memadai untuk aplikasi suhu tinggi dan stres mekanik yang tinggi.

Memperoleh

Itu dapat diperoleh dari reaksi antara amonia (NH₃) dan silikon klorida (SICL₄), di mana silikon amida diproduksi (NH₂)₄ bahwa ketika dipanaskan membentuk imida dan kemudian nitruro silikon jika₃N₄.

Reaksi dapat diringkas sebagai berikut:

Silikon + amonia klorida → silikon nitrida + asam klorida

3 SICL₄ (gas) + 4 nh₃ (gas) → ya₃N₄ (padat) + 12 hcl (gas)

Ini juga diproduksi bubuk silikon (ya) kompak dengan gas nitrogen (n₂) Pada suhu 1200-1400 ° C. Namun, bahan ini memiliki 20-30% mikroporositas yang membatasi gaya mekaniknya.

3 ya (solid) + 2 n₂ (gas) → ya₃N₄ (padat)

Itulah sebabnya debu itu sendiri sintering₃N₄ Untuk membentuk keramik yang lebih padat, ini berarti bahwa debu mengalami tekanan dan suhu tinggi.

Aplikasi

Di bidang elektronik

Silikon nitruro sering digunakan sebagai lapisan pasif atau perlindungan di sirkuit terintegrasi dan struktur mikromekanis.

Sirkuit terintegrasi adalah struktur yang berisi komponen elektronik yang diperlukan untuk melakukan beberapa fungsi. Itu juga disebut chip atau microchip.

Dapat melayani Anda: logamSilikon nitruro if₃N₄ Ini digunakan dalam pembuatan microchips. Pengunggah asli adalah Zephyris di Wikipedia Inggris. [CC BY-S (http: // CreativeCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0/]]. Sumber: Wikimedia Commons.

Dia melakukannya₃N₄ Ini memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap difusi air, oksigen dan logam seperti natrium, sehingga berfungsi sebagai lapisan isolasi atau penghalang.

Ini juga digunakan sebagai bahan dielektrik, ini berarti bahwa itu adalah konduktor listrik yang buruk, sehingga bertindak sebagai isolator ini.

Ini berfungsi untuk aplikasi mikroelektronik dan fotonik (generasi dan deteksi gelombang cahaya). Ini digunakan sebagai lapisan halus dalam pelapis optik.

Ini adalah bahan dielektrik yang paling umum digunakan dalam kapasitor untuk menebing -natah dinamis akses acak (akronim untuk bahasa Inggris Memori akses acak dinamis), yang digunakan pada komputer atau komputer.

Memori DRAM digunakan pada komputer atau komputer. Itu bisa mengandung silikon nitruro. Victorrocha [cc by (https: // createveCommons.Org/lisensi/oleh/3.0)]. Sumber: Wikimedia Commons.

Dalam bahan keramik

Keramik nitrida silikon memiliki sifat kekerasan dan ketahanan aus yang tinggi, sehingga digunakan dalam aplikasi rekayasa tribologi, yaitu, menggunakan di mana banyak gesekan dan keausan terjadi.

Dia melakukannya₃N₄ padat memiliki gaya fleksibel tinggi, resistensi fraktur tinggi, hambatan yang baik atau resistensi geser, kekerasan tinggi dan resistensi erosi yang sangat baik.

Bola bantalan dari berbagai ukuran yang dibuat dengan silikon nitruro. Mereka berfungsi untuk digunakan dalam mesin. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0)]. Sumber: Wikimedia Commons.

Ini diperoleh saat silikon nitruro diproses dengan cara₂SALAH SATU₃ + DAN₂SALAH SATU₃) pada suhu 1750-1900 ° C.

Sintering terdiri dari menundukkan debu senyawa ke tekanan tinggi dan suhu untuk mendapatkan bahan yang padat dan padat.

Keramik nitrida silikon dapat digunakan misalnya dalam peralatan pengecoran aluminium, yaitu tempat yang sangat panas di mana ada aluminium cair.

Tabung penyegelan dibuat dengan keramik itu sendiri₃N₄ dan digunakan dalam proses aluminium cair. HSHKRC [CC BYS-S (https: // CreationCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)]. Sumber: Wikimedia Commons.

Struktur keramik nituro silikon memberikan peluang besar untuk mengoptimalkan properti untuk aplikasi spesifik sesuai dengan tuntutan insinyur. Bahkan banyak aplikasi potensial belum terwujud.

Dapat melayani Anda: materi inert: konsep, karakteristik, contoh

Sebagai bahan biomedis

Sejak 1989 ditetapkan bahwa SI₃N₄ Ini adalah bahan biokompatibel, yang berarti dapat menggantikan bagian dari organisme hidup tanpa menyebabkan kerusakan dan memungkinkan regenerasi jaringan di sekitarnya.

Ini berfungsi untuk memproduksi komponen untuk penggantian atau perbaikan tulang yang mendukung beban dan juga perangkat intervertebral, yaitu objek kecil yang memungkinkan memperbaiki tulang belakang.

Dalam tes yang dilakukan pada manusia atau hewan dalam waktu singkat, penyatuan antara tulang dan implan atau potongan keramik apakah₃N₄.

Tulang -tulang tubuh manusia dapat diganti atau diganti dengan potongan silikon nitrida. Penulis: COM329329. Sumber: Pixabay.

Silikon nitruro tidak beracun, mendukung adhesi seluler, proliferasi normal atau multiplikasi sel dan diferensiasi atau pertumbuhan selnya.

Bagaimana silikon nitruro diproduksi untuk biomedis

Untuk aplikasi ini SI₃N₄ Sebelumnya diserahkan ke proses sintering dengan aditif alumina dan ititrium oksida (ke₂SALAH SATU₃+DAN₂SALAH SATU₃). Ini terdiri dalam memberikan tekanan dan suhu tinggi pada debu dengan sendirinya₃N₄ Plus aditif.

Prosedur ini menyebabkan bahan yang dihasilkan memiliki kemampuan untuk mencegah pertumbuhan bakteri dengan mengurangi risiko infeksi dan mendukung metabolisme seluler tubuh.

Oleh karena itu membuka kemungkinan mempromosikan penyembuhan yang lebih cepat di perangkat perbaikan tulang.

Dalam beberapa aplikasi

Ini digunakan dalam aplikasi suhu tinggi di mana ketahanan aus diperlukan, seperti bantalan (bagian yang mendukung gerakan berputar pada mesin) dan alat pemotongan.

Ini juga digunakan dalam palet turbin (mesin yang dibentuk oleh drum dengan palet yang mengubah air atau gas dan dengan demikian menghasilkan energi) dan koneksi pijar (sambungan suhu tinggi).

Mesin turbin atau pesawat, palet Anda dapat mengandung silikon nitruro. Penulis: LARS_NISSEN_PHOTOART. Sumber: Pixabay.

Ini digunakan dalam tabung termoksuplasi (sensor suhu), crosol logam cair dan injektor bahan bakar roket.

Referensi

1. Kapas, f. Albert dan Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kimia anorganik canggih. Edisi keempat. John Wiley & Sons.
2. ATAU.S. Perpustakaan Kedokteran Nasional. (2019). Silikon nitrida. Pulih dari pubchem.NCBI.Nlm.Nih.Pemerintah.
3. Dean, J.KE. (Editor). (1973). Buku Pegangan Kimia Lange. Edisi Elementh. Perusahaan Buku McGraw-Hill.
4. Zhang, J.X.J. dan Hoshino, k. (2019). Fundamental Nano/Microfabrication dan Skala Efek. Dalam Sensor Molekul dan Nanodevices (Edisi Kedua). Pulih dari scientedirect.com.
5. Drouet, c. et al. (2017). Jenis keramik. Silikon Nitride: Pengantar. Dalam kemajuan biomaterial keramik. Pulih dari scientedirect.com.
6. Kita, h. et al. (2013). Tinjau dan Tinjauan Umum Silikon Nitride dan Sialon, termasuk aplikasi mereka. Dalam Buku Pegangan Keramik Lanjutan (Edisi Kedua). Pulih dari scientedirect.com.
7. Ho, h.L. Dan iyer, s.S. (2001). DRAM. Masalah kapasitansi simpul. Dalam Encyclopedia of Material: Sains dan Teknologi. Pulih dari scientedirect.com.
8. Zhang, c. (2014). Mengawini Keausan dan Sifat Tribologis Komposit Matriks Keramik. Dalam kemajuan dalam komposit matriks keramik (edisi kedua). Pulih dari scientedirect.com.