Empat bidang aplikasi utama keramik silikon nitrida

Bidang Mekanik

Keramik silikon nitrida terutama digunakan sebagai katup, pipa, roda klasifikasi, dan alat potong keramik di industri mekanik. Aplikasi yang paling luas adalah bola bantalan keramik silikon nitrida. Keramik silikon nitrida secara luas diakui sebagai material bantalan terbaik, dan “pemain kunci” paling penting dalam bantalan—bola bantalan keramik silikon nitrida—adalah “pahlawan tanpa tanda jasa” sejati yang mendukung kinerja peralatan. Bola-bola keramik kecil ini, dengan diameter beberapa milimeter hingga puluhan milimeter, mungkin tampak tidak signifikan, tetapi dengan sifat “ringan, keras, stabil, dan isolatif” yang dimilikinya, bola-bola ini memainkan “peran kunci” dalam kendaraan energi baru, sepatu roda, bor gigi, dan bahkan sepeda kelas atas.

Bidang Dirgantara

Material keramik silikon nitrida memiliki keunggulan seperti kekuatan tinggi, ketahanan suhu tinggi, dan stabilitas kimia yang baik, yang dapat memenuhi persyaratan ketat untuk material di bidang dirgantara. Keramik silikon nitrida memiliki dua aplikasi klasik di bidang dirgantara: pertama, silikon nitrida dianggap sebagai salah satu dari sedikit material keramik monolitik yang mampu menahan kejutan termal dan gradien termal parah yang dihasilkan oleh mesin roket hidrogen/oksigen, dan digunakan dalam nosel mesin roket; kedua, sifat unggul keramik silikon nitrida dan kompositnya, seperti ketahanan panas, transmisi gelombang, dan kapasitas menahan beban, menjadikannya salah satu material transmisi gelombang berkinerja tinggi generasi baru yang sedang diteliti.

Bidang Semikonduktor

Seiring perkembangan perangkat elektronik menuju miniaturisasi dan kinerja tinggi, pengemasan semikonduktor membutuhkan persyaratan yang lebih tinggi pada material pembuangan panas. Keramik silikon nitrida memiliki konduktivitas termal hingga 90-120 W/(m·K), dan tingkat kesesuaian yang tinggi dengan koefisien ekspansi termal kristal substrat semikonduktor generasi ketiga SiC, menjadikannya material pilihan untuk substrat pengemasan perangkat daya SiC. Secara internasional, perusahaan Jepang seperti Toshiba dan Kyocera mendominasi pasar, sementara perusahaan domestik seperti Sinoma Advanced Materials telah mencapai terobosan teknologi.

Selain sebagai material pengemasan utama, keramik silikon nitrida menunjukkan prospek aplikasi yang luas dalam peralatan manufaktur semikonduktor. Dalam proses pengolahan wafer, keramik silikon nitrida dapat digunakan untuk memproduksi elemen pemanas yang tahan suhu tinggi dan tahan terhadap kejutan termal, memenuhi kondisi operasi yang ketat dari peralatan seperti CVD (chemical vapor deposition) dan tungku difusi. Bidang Biomedis

Sebagai material biokeramik yang sedang berkembang, silikon nitrida menunjukkan potensi aplikasi yang besar dalam implan medis karena sifat mekanik dan biokompatibilitasnya yang sangat baik. Secara khusus, silikon nitrida telah digunakan sebagai biomaterial ortopedi dan berhasil diterapkan dalam komponen bantalan sendi pinggul dan lutut prostetik untuk meningkatkan ketahanan aus dan memperpanjang masa pakai prostesis. Selain itu, material silikon nitrida telah digunakan untuk mendorong fusi tulang dalam operasi tulang belakang. Material keramik silikon nitrida menunjukkan stabilitas dan keandalan yang sangat baik di bidang medis. Silikon nitrida juga menunjukkan adhesi sel dan osteokonduktivitas yang kuat, memberikan dasar biologis penting untuk aplikasinya dalam perbaikan tulang. Namun, kerapuhan inheren keramik silikon nitrida tetap menjadi tantangan utama untuk aplikasinya dalam rekayasa perbaikan tulang. Selain itu, material silikon nitrida sulit terdegradasi secara in vivo, yang menghambat pertumbuhan jaringan tulang baru ke lokasi perbaikan dan penggantian lengkap material perbaikan asli, sehingga membatasi luasnya aplikasi klinisnya.