قدرت بی نظیر نیترید سیلیکون: شیرجه عمیق به سختی آن

در دنیای سرامیک های پیشرفته ، تعداد کمی از مواد به همان اندازه احترام به خواص مکانیکی خود را نشان می دهند نیترید سیلیکونی ( $حرف{من}_3{حرف}_4$ ). در میان با ارزش ترین ویژگی های آن ، سختی استثنایی آن برجسته است ، و آن را به سنگ بنای برنامه هایی که نیاز به دوام شدید و مقاومت در برابر سایش دارند ، تبدیل می کند. در این مقاله به بررسی علم پشت سختی قابل توجه از نیترید سیلیکونی ، مقایسه آن با سایر مواد و نقش مهم آن در مهندسی با کارایی بالا.

پیوند کووالانسی: منبع قدرت آن

سختی نیترید سیلیکونی یک تصادف خوشحال نیست این یک نتیجه مستقیم از ساختار اتمی آن است. این ماده که از اتم های سیلیکون و نیتروژن تشکیل شده است ، توسط پیوندهای کووالانسی فوق العاده قوی در کنار هم قرار می گیرد. بر خلاف فلزات ، که دارای یک ساختار پیوند فلزی انعطاف پذیر یا سرامیک یونی با شبکه های کریستالی قابل پیش بینی خود هستند ، نیترید سیلیکونی یک شبکه سفت و سخت و سه بعدی را تشکیل می دهد. این ساختار قوی در برابر جابجایی اتمی مقاومت می کند ، به این معنی که مقدار زیادی نیرو را برای ایجاد خراش ، تورفتگی یا تغییر شکل می گیرد.

در مقیاس Mohs ، که سختی خراش را از 1 (تالک) به 10 (الماس) اندازه گیری می کند نیترید سیلیکونی به طور معمول بین 8.5 تا 9 رتبه بندی می شود. به طور دقیق تر ، در مقیاس سختی ویکرز ، مقادیر آن اغلب متغیر است GPبوها 15 تا 20 بشر برای چشم انداز این ، این به طور قابل توجهی سخت تر از فولاد با استحکام بالا است ، که به طور معمول در محدوده 1-10 GPبوها قرار می گیرد.

سختی در مقابل سختی: یک تمایز مهم

در حالی که سختی برای مقاومت در برابر سایش بسیار مهم است ، اما اغلب در بسیاری از مواد سرامیکی با شستشو همراه است. به عنوان مثال ، برخی از سرامیک های بسیار سخت می توانند فاجعه بار را تحت تأثیر قرار دهند. اینجاست نیترید سیلیکونی واقعاً می درخشد. نسبتاً بالایی دارد سختی شکستگی ، اندازه گیری مقاومت یک ماده در برابر انتشار ترک.

این ترکیب منحصر به فرد از سختی زیاد و سختی شکستگی بالا باعث می شود نیترید سیلیکونی یک انتخاب برتر برای محیط های پویا و پر استرس. این ماده می تواند در برابر سایش ساینده مداوم و بارهای مکانیکی ناگهانی بدون شکست مقاومت کند. این مزیت دوگانه همان چیزی است که آن را از سایر سرامیک های پیشرفته مانند آلومینا جدا می کند ( $A{سعادت}_2{ای}_3$ ) ، که همچنین سخت اما شکننده تر است.

مقایسه با سایر مواد

هنگام ارزیابی مواد برای برنامه های کاربردی ، مهندسان اغلب مقایسه می کنند نیترید سیلیکونی به سایر گزینه های رایج.

• نیترید سیلیکون در مقابل کاربید سیلیکون ( $حرفمنجف$ ): در حالی که کاربید سیلیکون به طور کلی سخت تر از آن است نیترید سیلیکونی (22-25 GPA Vickers) ، همچنین شکننده تر است. برای برنامه های دارای خطر تأثیر بالا ، نیترید سیلیکونی چقرمگی برتر اغلب آن را به ماده ترجیحی تبدیل می کند.

• نیترید سیلیکون در مقابل آلومینا ( $A{سعادت}_2{ای}_3$ ): آلومینا یک سرامیک گسترده است ، اما سختی و سختی شکستگی کمتری از آن دارد نیترید سیلیکونی بشر در برنامه هایی که نیاز به مقاومت شدید سایش یا مقاومت در برابر شوک حرارتی دارند ، نیترید سیلیکونی از آلومینا بهتر است.

• نیترید سیلیکون در مقابل فولاد: هیچ مقایسه ای از نظر سختی و عملکرد درجه حرارت بالا وجود ندارد. نیترید سیلیکونی به طور قابل توجهی سخت تر است و استحکام خود را در دمایی که فولاد نرم می شود و تغییر شکل می دهد ، حفظ می کند. ماهیت سبک آن-حدود 40 ٪ چگالی فولاد-همچنین آن را برای کاربردهای حساس به وزن ایده آل می کند.

تأثیر سختی در برنامه ها

سختی و سختی استثنایی نیترید سیلیکونی استفاده از آن را در طیف گسترده ای از صنایع که در آن مواد سنتی شکست می خورند ، فعال کرده اند.

• یاتاقان ها: نیترید سیلیکونی توپ در یاتاقان های سرامیکی ترکیبی ترکیبی از اصطکاک کم ، قابلیت سرعت بالا و عمر طولانی را ارائه می دهد. آنها در برنامه های با کارایی بالا مانند توربین های هوافضا ، ابزار ماشین آلات و موتورهای وسیله نقلیه برقی استفاده می شوند.

• ابزارهای برش: سختی نیترید سیلیکونی امکان ماشینکاری با سرعت بالا از مواد سخت برش مانند چدن و ​​آلیاژهای مبتنی بر نیکل را فراهم می کند ، به طور قابل توجهی کارایی تولید و عمر ابزار را افزایش می دهد.

• اجزای خودرو و هوافضا: از راهنماهای دریچه موتور گرفته تا روتورهای توربوشارژر ، نیترید سیلیکونی از اجزای موجود در محیط هایی با سایش ، گرما و استرس استفاده می شود و به بهبود راندمان سوخت و کاهش نگهداری کمک می کند.

در پایان ، سختی نیترید سیلیکونی صرفاً یک خاصیت واحد نیست بلکه یک ویژگی اساسی است که زمینه ساز کاربرد آن در مهندسی مدرن است. این طبیعت بی نظیر است ، همراه با مقاومت آن در برابر شکستگی و گرما ، که جامد می شود نیترید سیلیکونی موقعیت به عنوان یک ماده برتر برای برنامه های کاربردی. $ $