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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. Sie besteht aus den Elementen Silicium und Stickstoff, besitzt die Formel Si3N4 und gehört zur Stoffklasse der Nitride.

Inhaltsverzeichnis

Eigenschaften

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-Siliciumnitridkristallen in einer glasig erstarrten Matrix besteht. Der Glasphasenanteil reduziert die Härte von Si3N4 im Vergleich zu Siliciumcarbid, 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 zum Beispiel als Wendeschneidplatte für Eisengußwerkstoffe (u.a. im unterbrochenen Schnitt) oder zur Handhabung von Aluminiumschmelzen 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 Anstrengungen in Forschung und Entwicklung in den letzten Jahrzehnten bisher nicht durchsetzen können. Siliciumnitrid wird außerdem als Sonderwerkstoff 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