Nitruro de silicio. Estructura, Propiedades, obtención de polvos, procesos de fabricación, aplicaciones.

1. Nitruro de Silicio
Si3N4

2. Estructura
Existen cuatro fases estructurales:
• 1. Amorfo (carece de un orden de mayor alcance)
• 2. Tres fases cristalinas
2.1. Trigonal  (estable a temperaturas bajas)
2.2. Hexagonal  (estable a altas temperaturas)
2.3. Cúbica γ (estructura tipo espinela)

3. Propiedades
Además es un buen aislante
eléctrico.
ELEVADA
Resistencia mecánica a
temperaturas altas
Resistencia al desgaste
y oxidación
Resistencia al choque
térmico
Conductividad térmica
Dureza
Temperatura de fusión
(1900 °C)

4. Obtención de polvos
• Nitración del silicio
3Si (s) + 2N2 (g) → Si3N4 (s) ΔH=-2080KJ/mol
• Reacción de tetracloruro de Silicio con NH3 en fase vapor
3SiCl4 (g) +4NH3 (g) → Si3N4 (s)+ 12 HCl (g)
• Reducción carbotérmica de dióxido de silicio en atmósfera de nitrógeno
a 1400-1450 ° C
3 SiO2 (g)+ 6 C (s) + 2 N2 (g) → Si3N4 (S) + 6 CO (g)

5. Procesos de fabricación
Geometrías simples se pueden obtener por:
• Prensado isostático en seco o prensado isostático en frío y densificación
por sinterización
• Prensado isostático en caliente (HIP)
Geometrías complejas se producen por:
• Moldeo por inyección
• Slip casting
• Enlazado por reacción

7. APLICACIONES

8. Industria del automóvil
En los motores diésel:
• Bujías
• Cámaras de pre combustión (cámaras de
remolino) para menores emisiones.
• Turbocompresor.
En los motores nafteros:
• Las almohadillas de los balancines para reducir el
desgaste.
• En turbocompresores para reducir la inercia y el
retraso del motor.
• En las válvulas de control de los gases de escape
para aumentar la aceleración.
Se fabrican anualmente más de 300,000
turbocompresores de nitruro de silicio sinterizado.

9. Rodamientos
• Aplicaciones de alto
rendimiento
• Automóviles de alta gama
• Rodamientos industriales
• Turbinas eólicas
• Bicicletas
• Patinetas
Pueden fabricarse netamente de
cerámica o también combinarse con
acero.

10. Medicina
Alternativa al titanio gracias a durabilidad
• Aplicaciones ortopédicas
• Dispositivos de fusión espinal
Electrónica
Se utiliza como aislante y barrera química en la fabricación de
circuitos integrados. Principalmente se trabaja con estructura tipo
amorfa por su alta resistividad eléctrica.

11. Herramientas de trabajo y corte de metales
Se utiliza debido a su dureza, estabilidad térmica , resistencia al
desgaste y al choque térmico.
• Mecanizado a alta velocidad de hierro fundido , aceros duros y
aleaciones a base de niquel

12. Aplicaciones Industriales
• Crisoles de fusión
• Turbinas de gas
• Cubiertas de termopares
• Boquillas