Nitrure de silicium : qu'est-ce que c'est et où est-il utilisé
Nitrure de silicium (Si3N4) est l'une des céramiques techniques les plus performantes parmi les groupes oxyde et non oxyde. Il a été développé pour la première fois dans les années 1960 lorsque la science et l'ingénierie des matériaux ont été reconnues comme un domaine d'études d'une valeur comparable à celle de la métallurgie. L'objectif sous-jacent de la plupart des recherches sur la céramique dans les années 60 et 70 était de développer des matériaux d'ingénierie compacts avec une résistance et une ténacité élevées. Le nitrure de silicium a réussi sur tous les fronts.
Nitrure de silicium—Chimie et microstructure
Le nitrure de silicium est une céramique qui existe en trois phases cristallographiques distinctes : α, et γ. Le nitrure de silicium en phase alpha et bêta est composé de SiN tétraédrique à coins partagés4 avec des liaisons Si-N courtes et fortes. Le résultat est un cadre 3D extrêmement rigide composé d'atomes de silicium et d'azote en couches compactes.
La microstructure des céramiques de nitrure de silicium est fortement dépendante du mécanisme de densification. En règle générale, le α-Si3N4 est utilisé comme poudre de départ lorsqu'il passe à la phase plus stable chimiquement lors de la cuisson. Bien que la taille et la forme des grains varient en fonction des propriétés de la poudre de départ et de la présence d'additifs, le β-Si3N4 se compose généralement de grains allongés qui s'emboîtent dans une microstructure étroitement compactée.
Propriétés du nitrure de silicium
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Faible densité (3.17 g/cm3)
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Haute ténacité à la rupture (7 MPa m1/2)
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Excellente résistance à la flexion (850 MPa)
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Résistance exceptionnelle aux chocs thermiques
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Températures de fonctionnement maximales élevées
Applications clés du nitrure de silicium
Le nitrure de silicium peut être facilement déployé dans certains des environnements de travail les plus difficiles au monde, en raison de son intersection unique de propriétés chimiques et thermodynamiques. Le nitrure de silicium pressé à chaud offre d'excellentes performances à haute température et est idéal pour les composants de face d'étanchéité dans des conditions difficiles, y compris les pompes de réacteur à eau de chaudière, les pompes de réacteur à eau sous pression, le service d'eau borée corrosive et les paliers rotatifs.
Les composants de pompe composés de nitrure de silicium sont également utilisés dans le secteur pétrolier et gazier, et dans l'ensemble de l'industrie pétrochimique en général. L'intégrité chimique du Si3N4 le rend approprié pour les surfaces à l'intérieur des pompes (roues, arbres, joints, etc.) qui entrent régulièrement en contact avec des boues abrasives et des fluides corrosifs.
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