Четыре основные области применения керамики на основе нитрида кремния.
Механическая отрасль
Керамика на основе нитрида кремния в основном используется в машиностроении для изготовления клапанов, труб, классификационных колес и керамических режущих инструментов. Наиболее распространенное применение — шарики для подшипников из нитрида кремния. Керамика на основе нитрида кремния широко признана лучшим материалом для подшипников, а самые важные «ключевые элементы» подшипников — шарики из нитрида кремния — являются настоящими «невоспетыми героями», обеспечивающими производительность оборудования. Эти маленькие керамические шарики диаметром от нескольких миллиметров до десятков миллиметров могут показаться незначительными, но благодаря своим свойствам — «легкость, твердость, стабильность и изоляционные свойства» — они играют «ключевую роль» в электромобилях, роликовых коньках, стоматологических бормашинах и даже высококачественных велосипедах.
Аэрокосмическая отрасль
Керамические материалы на основе нитрида кремния обладают такими преимуществами, как высокая прочность, высокая термостойкость и хорошая химическая стабильность, что позволяет им соответствовать жестким требованиям к материалам в аэрокосмической отрасли. Керамика на основе нитрида кремния имеет два классических применения в аэрокосмической отрасли: во-первых, нитрид кремния считается одним из немногих монолитных керамических материалов, способных выдерживать сильные тепловые удары и температурные градиенты, создаваемые водородно-кислородными ракетными двигателями, и используется в соплах ракетных двигателей; во-вторых, превосходные свойства керамики на основе нитрида кремния и композитов на ее основе, такие как термостойкость, волнопроницаемость и несущая способность, делают их одним из новых поколений высокоэффективных волнопроницаемых материалов, находящихся в стадии исследований.
Полупроводниковая отрасль
По мере развития электронных устройств в направлении миниатюризации и повышения производительности, к материалам для корпусирования полупроводников предъявляются все более высокие требования к теплоотводу. Керамика на основе нитрида кремния обладает теплопроводностью до 90-120 Вт/(м·К) и высокой степенью соответствия коэффициенту теплового расширения кристаллов подложки полупроводников третьего поколения SiC, что делает ее предпочтительным материалом для подложек корпусов силовых устройств на основе SiC. На международном рынке доминируют японские компании, такие как Toshiba и Kyocera, в то время как отечественные компании, такие как Sinoma Advanced Materials, добились технологических прорывов.
Помимо того, что керамика на основе нитрида кремния является ключевым материалом для корпусирования, она демонстрирует широкие перспективы применения в оборудовании для производства полупроводников. В процессе обработки полупроводниковых пластин керамика на основе нитрида кремния может использоваться для изготовления высокотемпературных и термостойких нагревательных элементов, отвечающих жестким условиям эксплуатации такого оборудования, как установки химического осаждения из газовой фазы (CVD) и диффузионные печи. Биомедицинская область
Нитрид кремния, как перспективный биокерамический материал, демонстрирует большой потенциал применения в медицинских имплантатах благодаря своим превосходным механическим свойствам и биосовместимости. В частности, нитрид кремния используется в качестве ортопедического биоматериала и успешно применяется в несущих компонентах протезов тазобедренных и коленных суставов для повышения износостойкости и продления срока службы протезов. Кроме того, материалы на основе нитрида кремния используются для стимуляции сращения костей при операциях на позвоночнике. Керамические материалы из нитрида кремния демонстрируют превосходную стабильность и надежность в медицинской области. Нитрид кремния также обладает сильной адгезией к клеткам и остеокондуктивностью, что обеспечивает важную биологическую основу для его применения в костной регенерации. Однако присущая керамике из нитрида кремния хрупкость остается серьезной проблемой для ее применения в костной реконструктивной хирургии. Кроме того, материалы из нитрида кремния трудно разлагаются in vivo, что препятствует врастанию новой костной ткани в место повреждения и ее полному замещению исходного материала, тем самым ограничивая широту его клинического применения.