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Siliciumnitrid



Strukturformel
Keine Strukturformel vorhanden
Allgemeines
Name Siliciumnitrid
Andere Namen
  • SN
  • SSN
  • GPSSN
  • HPSN
  • HIPSN
  • RBSN
Summenformel Si3N4
CAS-Nummer 12033-89-5
Kurzbeschreibung graues geruchloses Pulver bzw. grauer Sinterkörper
Eigenschaften
Molare Masse 140,28 g·mol−1
Aggregatzustand fest
Dichte 3,21 g·cm−3
Schmelzpunkt 1750 - 1900 °C (Zersetzung, abhängig vom N-Partialdruck)
Löslichkeit

unlöslich in Wasser

Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung

R- und S-Sätze R:
S:
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Siliciumnitrid (auch: Siliziumnitrid) ist eine chemische Verbindung, die als Bestandteil eines technischen Werkstoffs genutzt wird. Es tritt in drei Modifikationen (α-Si3N4, β-Si3N4 und γ-Si3N4) auf, die sich in ihrer Kristallstruktur unterscheiden.

Verwendung

Technisches Siliciumnitrid ist eine Nichtoxid-Keramik, die in der Regel aus β-Siliciumnitrid-kristallen in einer glasig erstarrten Matrix besteht. Der Glasphasenanteil reduziert die Härte von Si3N4 im Vergleich zu Siliciumkarbid, ermöglicht aber die stengelige Umkristallisation der β-Siliciumnitridkristalle während des Sintervorgangs was eine im Vergleich zu Siliciumcarbid und Borcarbid deutlich erhöhte Bruchzähigkeit bewirkt. Die hohe Bruchzähigkeit in Kombination mit kleinen Defektgrößen verleiht Siliciumnitrid die höchste Festigkeit unter den ingenieurkeramischen Werkstoffen. Durch die Kombination von hoher Festigkeit, niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten und relativ kleinem Elastizitätsmodul eignet sich Si3N4-Keramik besonders für thermoschockbeanspruchte Bauteile, und wird z.B. als Wendeschneidplatte für Fe-Gußwerkstoffe (u.a. im unterbrochenen Schnitt) oder zum Handling von Aluminium-Schmelzen eingesetzt. Siliciumnitridkeramiken sind bei geeigneter Wahl einer refraktären Glasphase (z.B. durch den Zusatz von Yttriumoxid) für Einsatztemperaturen bis ca. 1300 °C geeignet. Als Werkstoff in Motoren hat sich Siliciumnitrid trotz hoher FuE-Anstrengungen in den letzten Jahrzehnten bisher trotzdem nicht durchsetzen können. Siliciumnitrid wird außerdem als Sonder-Werkstoff in der Lagertechnik für Hybridlager (Wälzkörper aus Si3N4) und Vollkeramiklager (Wälzkörper und Laufringe aus Si3N4) eingesetzt.

Daneben existieren zahlreiche auf Siliciumnitrid basierende Sonderlösungen. So werden beispielsweise die Messspitzen (Cantilever), mit denen bei Rasterkraftmikroskopen Proben bis in den atomaren Bereich aufgelöst werden, aus Siliciumwafern hergestellt und an ihrer Oberfläche durch eine Siliciumnitridschicht besonders widerstandsfähig gegen mechanischen Verschleiß gemacht.

Siliciumnitrid findet auch als Isolationsmaterial bei der Chipherstellung Verwendung.

Synthese

  • Direkte Nitridierung: 3 Si + 2 N2 \rightarrow Si3N4
  • Carbothermische Nitridierung: 3 SiO2 + 6 C + 2 N2 \rightarrow Si3N4 + 6 CO
  • Diimid-Synthese: SiCl4 + 6 NH3 \rightarrow Si(NH)2 + 4 NH4Cl; 3 Si(NH)2 \rightarrow Si3N4 + 2 NH3
 
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Siliciumnitrid aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
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