Bốn lĩnh vực ứng dụng chính của gốm sứ silicon nitride.
Lĩnh vực cơ khí
Gốm sứ silicon nitride chủ yếu được sử dụng làm van, ống dẫn, bánh xe phân loại và dụng cụ cắt gốm trong ngành công nghiệp cơ khí. Ứng dụng phổ biến nhất là bi cầu ổ trục bằng gốm silicon nitride. Gốm sứ silicon nitride được công nhận rộng rãi là vật liệu ổ trục tốt nhất, và những “nhân tố cốt lõi” quan trọng nhất trong ổ trục – bi cầu ổ trục bằng gốm silicon nitride – chính là những “người hùng thầm lặng” hỗ trợ hiệu suất hoạt động của thiết bị. Những viên bi gốm nhỏ này, có đường kính từ vài milimét đến vài chục milimét, có vẻ không đáng kể, nhưng với các đặc tính “nhẹ, cứng, ổn định và cách điện”, chúng đóng vai trò “quan trọng” trong xe năng lượng mới, giày trượt patin, máy khoan nha khoa và thậm chí cả xe đạp cao cấp.
Lĩnh vực hàng không vũ trụ
Vật liệu gốm silicon nitride có những ưu điểm như độ bền cao, khả năng chịu nhiệt độ cao và độ ổn định hóa học tốt, đáp ứng được các yêu cầu khắt khe về vật liệu trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Gốm sứ silicon nitride có hai ứng dụng kinh điển trong lĩnh vực hàng không vũ trụ: thứ nhất, silicon nitride được coi là một trong số ít vật liệu gốm nguyên khối có khả năng chịu được sốc nhiệt và gradient nhiệt nghiêm trọng do động cơ tên lửa hydro/oxy tạo ra, và được sử dụng trong vòi phun động cơ tên lửa; thứ hai, các đặc tính tuyệt vời của gốm silicon nitride và vật liệu composite của chúng, chẳng hạn như khả năng chịu nhiệt, truyền sóng và khả năng chịu tải, khiến chúng trở thành một trong những vật liệu truyền sóng hiệu suất cao thế hệ mới đang được nghiên cứu.
Lĩnh vực bán dẫn
Khi các thiết bị điện tử phát triển theo hướng thu nhỏ và hiệu suất cao, bao bì bán dẫn đòi hỏi yêu cầu cao hơn đối với vật liệu tản nhiệt. Gốm sứ silicon nitride có độ dẫn nhiệt lên đến 90-120 W/(m·K), và độ tương thích cao với hệ số giãn nở nhiệt của tinh thể chất nền bán dẫn thế hệ thứ ba SiC, khiến chúng trở thành vật liệu được ưu tiên cho chất nền bao bì thiết bị điện SiC. Trên thị trường quốc tế, các công ty Nhật Bản như Toshiba và Kyocera chiếm ưu thế, trong khi các công ty trong nước như Sinoma Advanced Materials đã đạt được những đột phá về công nghệ.
Ngoài việc là vật liệu đóng gói quan trọng, gốm silicon nitride còn cho thấy triển vọng ứng dụng rộng rãi trong thiết bị sản xuất bán dẫn. Trong quá trình xử lý wafer, gốm silicon nitride có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận gia nhiệt chịu nhiệt độ cao và chịu sốc nhiệt, đáp ứng các điều kiện hoạt động khắc nghiệt của các thiết bị như CVD (lắng đọng hơi hóa học) và lò khuếch tán. Lĩnh vực y sinh học
Là một vật liệu gốm sinh học mới nổi, nitrua silic cho thấy tiềm năng ứng dụng tuyệt vời trong cấy ghép y tế nhờ các đặc tính cơ học và khả năng tương thích sinh học vượt trội. Cụ thể, nitrua silic đã được sử dụng làm vật liệu sinh học chỉnh hình và được ứng dụng thành công trong các bộ phận chịu lực của khớp háng và khớp gối nhân tạo để cải thiện khả năng chống mài mòn và kéo dài tuổi thọ của các bộ phận giả. Hơn nữa, vật liệu nitrua silic đã được sử dụng để thúc đẩy sự hợp nhất xương trong phẫu thuật cột sống. Vật liệu gốm nitrua silic thể hiện sự ổn định và độ tin cậy tuyệt vời trong lĩnh vực y tế. Nitrua silic cũng thể hiện khả năng bám dính tế bào và dẫn xương mạnh mẽ, cung cấp cơ sở sinh học quan trọng cho ứng dụng của nó trong sửa chữa xương. Tuy nhiên, tính giòn vốn có của gốm nitrua silic vẫn là một thách thức lớn đối với ứng dụng của nó trong kỹ thuật sửa chữa xương. Ngoài ra, vật liệu nitrua silic khó bị phân hủy trong cơ thể sống, điều này cản trở sự phát triển của mô xương mới vào vị trí sửa chữa và sự thay thế hoàn toàn vật liệu sửa chữa ban đầu, do đó hạn chế phạm vi ứng dụng lâm sàng của nó.