Siliziumnitrid

Siliziumnitrid (Si3N4) ist eine keramische Verbindung aus Silizium und Stickstoff. Sie kommt in zwei Kristallformen vor, Alpha- und Beta-Si3N4, wobei Beta-Si3N4 in technischen Keramiken die dominierende Phase ist. Siliziumnitrid zeichnet sich durch hohe Temperaturstabilität, gute Verschleißfestigkeit und eine vergleichsweise geringe Dichte im Vergleich zu Metallen aus.

Eigenschaften: Si3N4 besitzt hohe Festigkeit und Temperaturzähigkeit, eine geringe Wärmeausdehnung sowie gute chemische Beständigkeit. Es zeigt eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit für ein keramisches Material und bildet an der Oberfläche in Luft bei hohen Temperaturen eine dünne SiO2-Schicht, die das weitere Oxidieren verlangsamt. Die Tribologie des Materials macht es zu einem bevorzugten Werkstoff für verschleißfeste Bauteile und Bauteile in wechselnden Temperaturen.

Herstellung: Dichte Si3N4-Keramiken entstehen vor allem durch Sintern von Si3N4-Pulvern mit Sinterhilfsmittelstoffen wie MgO oder Y2O3, häufig durch Heißpressen oder Gasdruck-Sintern. Eine kostengünstigere Variante ist die Reaktionsbindung von Siliziumnitrid (RBSN). Zusätzlich wird Si3N4 auch als Schichtmaterial hergestellt (CVD/PVD) oder für Beschichtungen verwendet.

Anwendungen: Aufgrund ihrer Kombination aus Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Verschleißfestigkeit findet Si3N4 breite Anwendung in Dichtungen, Lagern und Wälzlagern, Turbinen- und Brennkomponenten, Verschleißteilen von Schneidwerkzeugen sowie als Substrat- oder Verpackungsmaterial in Elektronik und LED-Technik. Si3N4 gilt in vielen Bereichen als biokompatibel.

Sicherheit: Staubförmiges Siliziumnitrid kann reizend wirken, daher sind beim Umgang geeignete Arbeitsschutzmaßnahmen erforderlich. In der Verarbeitung richten sich Oxidations- und Stabilitätseigenschaften nach Temperatur und Atmosphäre.