สี่สาขาการใช้งานหลักของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์

ด้านอุตสาหกรรมเครื่องกล

เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ถูกนำมาใช้เป็นหลักในอุตสาหกรรมเครื่องกล เช่น วาล์ว ท่อ ล้อแยกประเภท และเครื่องมือตัดเซรามิก การใช้งานที่แพร่หลายที่สุดคือลูกปืนเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นวัสดุลูกปืนที่ดีที่สุด และลูกปืนเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ซึ่งเป็น “ส่วนประกอบสำคัญ” ที่สุดในลูกปืนนั้น เป็น “ฮีโร่ที่ไม่มีใครรู้จัก” ที่ช่วยสนับสนุนประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ลูกบอลเซรามิกขนาดเล็กเหล่านี้ ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ไม่กี่มิลลิเมตรไปจนถึงหลายสิบมิลลิเมตร อาจดูไม่สำคัญ แต่ด้วยคุณสมบัติ “น้ำหนักเบา แข็งแรง ทนทาน และเป็นฉนวน” พวกมันมีบทบาทสำคัญในรถยนต์พลังงานใหม่ รองเท้าสเก็ต สว่านทันตกรรม และแม้แต่จักรยานระดับไฮเอนด์

ด้านอวกาศ

วัสดุเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีข้อดีหลายประการ เช่น ความแข็งแรงสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และความเสถียรทางเคมีที่ดี ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของวัสดุในด้านอวกาศ เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีการใช้งานคลาสสิกสองอย่างในด้านอวกาศ: ประการแรก ซิลิคอนไนไตรด์ถือเป็นหนึ่งในวัสดุเซรามิกแบบโมโนลิธิกไม่กี่ชนิดที่สามารถทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนและอุณหภูมิที่แตกต่างกันอย่างรุนแรงที่เกิดจากเครื่องยนต์จรวดไฮโดรเจน/ออกซิเจน และถูกนำมาใช้ในหัวฉีดเครื่องยนต์จรวด ประการที่สอง คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์และวัสดุคอมโพสิต เช่น ความทนทานต่อความร้อน การส่งผ่านคลื่น และความสามารถในการรับน้ำหนัก ทำให้เป็นหนึ่งในวัสดุส่งผ่านคลื่นประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่ที่กำลังอยู่ระหว่างการวิจัย

ด้านเซมิคอนดักเตอร์

เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พัฒนาไปสู่ขนาดเล็กและประสิทธิภาพสูง การบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์จึงต้องการวัสดุระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีค่าการนำความร้อนสูงถึง 90-120 W/(m·K) และมีความเข้ากันได้สูงกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซึ่งเป็นวัสดุพื้นฐานของเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับพื้นผิวบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์ไฟฟ้า SiC ในระดับสากล บริษัทญี่ปุ่น เช่น Toshiba และ Kyocera ครองตลาด ในขณะที่บริษัทในประเทศ เช่น Sinoma Advanced Materials ได้ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเทคโนโลยี

นอกเหนือจากการเป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่สำคัญแล้ว เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ยังแสดงให้เห็นถึงโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวางในอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ในกระบวนการแปรรูปเวเฟอร์ เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์สามารถใช้ในการผลิตองค์ประกอบความร้อนที่ทนต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน ซึ่งตรงตามเงื่อนงำการทำงานที่เข้มงวดของอุปกรณ์ต่างๆ เช่น CVD (การสะสมไอสารเคมี) และเตาเผาแบบกระจายความร้อน สาขาชีวการแพทย์

ในฐานะวัสดุชีวเซรามิกที่กำลังพัฒนา ซิลิคอนไนไตรด์แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้งานอย่างมากในอุปกรณ์ฝังทางการแพทย์ เนื่องจากคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมและความเข้ากันได้ทางชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ซิลิคอนไนไตรด์ถูกนำมาใช้เป็นวัสดุชีวภาพทางศัลยกรรมกระดูก และประสบความสำเร็จในการนำไปใช้ในส่วนประกอบแบริ่งของข้อต่อสะโพกและข้อเข่าเทียม เพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอและยืดอายุการใช้งานของข้อเทียม นอกจากนี้ วัสดุซิลิคอนไนไตรด์ยังถูกนำมาใช้เพื่อส่งเสริมการเชื่อมกระดูกในการผ่าตัดกระดูกสันหลัง วัสดุเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์แสดงให้เห็นถึงความเสถียรและความน่าเชื่อถือที่ดีเยี่ยมในด้านการแพทย์ ซิลิคอนไนไตรด์ยังแสดงให้เห็นถึงการยึดเกาะของเซลล์ที่ดีและการนำกระดูกที่ดี ซึ่งเป็นพื้นฐานทางชีววิทยาที่สำคัญสำหรับการนำไปใช้ในการซ่อมแซมกระดูก อย่างไรก็ตาม ความเปราะบางโดยธรรมชาติของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับการนำไปใช้ในวิศวกรรมการซ่อมแซมกระดูก นอกจากนี้ วัสดุซิลิคอนไนไตรด์ยังสลายตัวได้ยากในร่างกาย ซึ่งขัดขวางการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อกระดูกใหม่เข้าไปในบริเวณที่ซ่อมแซมและทดแทนวัสดุซ่อมแซมเดิมได้อย่างสมบูรณ์ จึงจำกัดขอบเขตการใช้งานทางคลินิก