Silicijev nitrid Si3n4

Proizvodi silicijevog nitrida mogu se podijeliti na produkte reakcijskog sinteriranja, proizvode vrućeg prešanja, proizvode sinteriranja pod atmosferskim tlakom, proizvode sinteriranja izostatičkim prešanjem i produkte reakcijskog teškog sinteriranja prema procesu. Među njima, reakcijsko sinteriranje je često korištena metoda za proizvodnju vatrostalnih proizvoda od silicijevog nitrida.

Proizvodnja proizvoda silicijevog nitrida metodom reakcijskog sinteriranja je proizvodnja fino mljevenog silicijevog praha (veličina čestica je općenito manja od 80 μm), oblikovanje mehaničkim ili izostatičkim prešanjem, nakon što se zeleno tijelo osuši, zagrije na 1350 ~ 1400 stupnjeva u dušiku, a nitriran u isto vrijeme tijekom procesa pečenja. Kod ove proizvodne metode, uvjeti sirovina, proces pečenja i atmosferski uvjeti imaju veliki utjecaj na učinak proizvoda.

Silikatni prah sadrži mnoge nečistoće, kao što su Fe, Ca, Aì, Ti, itd. Fe se smatra katalizatorom u procesu reakcije. Može pospješiti difuziju silicija, ali će u isto vrijeme uzrokovati nedostatke poput poroznosti. Glavna uloga Fe kao aditiva: može se koristiti kao katalizator u reakcijskom procesu za poticanje stvaranja SiO2 oksidnog filma na površini proizvoda; Nastaje sustav taline željeza i silicija, a dušik se otapa u tekućem FeSi2, što potiče stvaranje -Si3N4. Međutim, ako su čestice željeza prevelike ili je sadržaj previsok, u proizvodu će se također pojaviti nedostaci poput poroznosti, što će smanjiti učinkovitost. Općenito, količina dodanog željeza je 0~5%. Nečistoće kao što su Al, Ca, Ti i druge nečistoće lako tvore eutektik sa silicijem. Odgovarajuća količina dodatka može pospješiti sinteriranje i poboljšati učinak proizvoda.

Što je sitnija veličina čestica i veća specifična površina, niža je temperatura pečenja. U usporedbi s krupnijom veličinom čestica, količina -Si3N4 u proizvodu je povećana. Smanjenje veličine čestica silicij dioksida može smanjiti mikroskopsku veličinu pora proizvoda. Odgovarajući omjer veličine čestica može poboljšati gustoću proizvoda.

Temperatura ima snažan utjecaj na brzinu nitriranja. Reakcija nitriranja počinje na 970~1000 stupnjeva, a brzina reakcije se ubrzava na oko 1250 stupnjeva. U visokotemperaturnom stadiju, zbog egzotermne reakcije, ako temperatura brzo prijeđe talište silicija (1420 stupnjeva), lako je teći silicij, što će uzrokovati topljenje i kolaps tijela silicij praha.

U travnju 2023., direktor Instituta za fotoniku na Sveučilištu Leibniz, Michael M. Uz pomoć "hibridne tehnologije", Kusov tim spojio je laser od indijevog fosfida, filtar i šupljinu od silicij nitrida i integrirao na jedan čip. 

Godine 2023. istraživački tim iz Laboratorija za inženjersku keramiku Korejskog instituta za istraživanje materijala proizveo je kuglice ležaja od silicij nitrida za pogonske module električnih vozila. Očekuje se da će veličina globalnog tržišta hibridnih ležajeva koji koriste tehnologiju kuglica od silicij nitrida porasti na više od 1,3 trilijuna vona do 2026.