چهار کاربرد اصلی سرامیکهای نیترید سیلیکون
زمینه مکانیک
سرامیکهای نیترید سیلیکون عمدتاً به عنوان شیرآلات، لولهها، چرخهای طبقهبندی و ابزارهای برش سرامیکی در صنعت مکانیک استفاده میشوند. گستردهترین کاربرد آن، ساچمههای یاتاقان سرامیکی نیترید سیلیکون است. سرامیکهای نیترید سیلیکون به عنوان بهترین ماده یاتاقان شناخته میشوند و مهمترین “بازیگر اصلی” در یاتاقانها – ساچمههای یاتاقان سرامیکی نیترید سیلیکون – “قهرمانان گمنام” واقعی هستند که از عملکرد تجهیزات پشتیبانی میکنند. این ساچمههای سرامیکی کوچک، با قطری از چند میلیمتر تا دهها میلیمتر، ممکن است بیاهمیت به نظر برسند، اما با خواص “سبک، سخت، پایدار و عایق” خود، “نقش کلیدی” در وسایل نقلیه انرژی جدید، اسکیتهای غلتکی، متههای دندانپزشکی و حتی دوچرخههای پیشرفته ایفا میکنند.
زمینه هوافضا
مواد سرامیکی نیترید سیلیکون دارای مزایایی مانند استحکام بالا، مقاومت در برابر دمای بالا و پایداری شیمیایی خوب هستند که میتوانند الزامات سختگیرانه مواد در زمینه هوافضا را برآورده کنند. سرامیکهای نیترید سیلیکون دو کاربرد کلاسیک در حوزه هوافضا دارند: اولاً، نیترید سیلیکون یکی از معدود مواد سرامیکی یکپارچه است که قادر به تحمل شوک حرارتی شدید و گرادیانهای حرارتی تولید شده توسط موتورهای موشک هیدروژن/اکسیژن است و در نازلهای موتور موشک استفاده میشود. ثانیاً، خواص عالی سرامیکهای نیترید سیلیکون و کامپوزیتهای آنها، مانند مقاومت در برابر حرارت، انتقال موج و ظرفیت تحمل بار، آنها را به یکی از نسل جدید مواد انتقال موج با کارایی بالا در حال تحقیق تبدیل میکند.
حوزه نیمههادی
با پیشرفت دستگاههای الکترونیکی به سمت کوچکسازی و کارایی بالا، بستهبندی نیمههادی نیاز به تقاضای بیشتری برای مواد دفع گرما دارد. سرامیکهای نیترید سیلیکون دارای رسانایی حرارتی تا 90-120 W/(m·K) هستند و درجه بالایی از تطابق با ضریب انبساط حرارتی کریستالهای SiC زیرلایه نیمههادی نسل سوم را دارند که آنها را به ماده ترجیحی برای زیرلایههای بستهبندی دستگاههای قدرت SiC تبدیل میکند. در سطح بینالمللی، شرکتهای ژاپنی مانند توشیبا و کیوسرا بر بازار تسلط دارند، در حالی که شرکتهای داخلی مانند Sinoma Advanced Materials به پیشرفتهای تکنولوژیکی دست یافتهاند.
سرامیکهای نیترید سیلیکون علاوه بر اینکه یک ماده بستهبندی کلیدی هستند، چشمانداز کاربرد گستردهای در تجهیزات تولید نیمههادی نشان میدهند. در فرآیند پردازش ویفر، سرامیکهای نیترید سیلیکون میتوانند برای ساخت عناصر گرمایشی مقاوم در برابر دمای بالا و مقاوم در برابر شوک حرارتی مورد استفاده قرار گیرند و شرایط عملیاتی سختگیرانه تجهیزاتی مانند CVD (رسوب بخار شیمیایی) و کورههای انتشار را برآورده کنند.
حوزه زیستپزشکی
نیترید سیلیکون به عنوان یک ماده بیوسرامیکی نوظهور، به دلیل خواص مکانیکی عالی و زیستسازگاری خود، پتانسیل کاربرد زیادی در ایمپلنتهای پزشکی نشان میدهد. به طور خاص، نیترید سیلیکون به عنوان یک ماده زیستی ارتوپدی مورد استفاده قرار گرفته و با موفقیت در اجزای یاتاقان مفاصل مصنوعی ران و زانو برای بهبود مقاومت در برابر سایش و افزایش طول عمر پروتزها به کار رفته است. علاوه بر این، از مواد نیترید سیلیکون برای تقویت جوش خوردن استخوان در جراحی ستون فقرات استفاده شده است. مواد سرامیکی نیترید سیلیکون پایداری و قابلیت اطمینان عالی را در زمینه پزشکی نشان میدهند. نیترید سیلیکون همچنین چسبندگی سلولی قوی و هدایت استخوانی را نشان میدهد که پایه بیولوژیکی مهمی برای کاربرد آن در ترمیم استخوان فراهم میکند. با این حال، شکنندگی ذاتی سرامیکهای نیترید سیلیکون همچنان یک چالش عمده برای کاربرد آن در مهندسی ترمیم استخوان است. علاوه بر این، مواد نیترید سیلیکون به سختی در داخل بدن تجزیه میشوند، که مانع رشد بافت استخوانی جدید در محل ترمیم و جایگزینی کامل آن با ماده ترمیمی اصلی میشود، بنابراین وسعت کاربردهای بالینی آن را محدود میکند.