1. סקירה בסיסית והטבות החלפת חומרים
1.1 הגדרה בסיסית של תת-שכבות ריבועיות של ניטריד סיליקון
תת-שכבות ריבועיות של ניטריד סיליקון, הידועות גם בשם וויפרס ריבועיות או לוחות, הן חומרים קרמיים בעלי ביצועים גבוהים בצורת דפים שטוחים ומלבניים.
הן מעוצבות כדי להכיל שילוב ייחודי של תכונות מכניות, תרמיות ואלקטריות,
מה שהופך אותן ללא נפקחות בתחומים רבים של יישומים תעשייתיים ואלקטרוניים קשים .
1.2 העדיפות המרכזית על חומרים מסורתיים
ניטריד הסיליקון (Si₃N₄) קל ב-60% מפלדה, אך חזק מספיק כדי לשרוד את היישומים הקשים ביותר במגוון תחומים.
חומר קרמי זה קל משקל, בעל חוזק גבוה משמש כחלופה לפלדת אל חלד, לאלומיניומים מתקדמים ולקרמיקה של הדור הראשון כגון Al₂O₃ ו-ZrO₂.
הוא מציע עמידות מעולה בפני הלם תרמי ועוצמה גבוהה לשבירה, תאימות עם מתכות לא ברזליות נוזלות, ואמינות מבנית משופרת בהשוואה לחומרים קרמיים אחרים.
2. מאפייני הביצועים המרכזיים של תת-הבסיסים הקרמיים מסיליקון ניטריד
2.1 יתרונות תרמיים בולטים
סיליקון ניטריד עולה על חומרים קרמיים אחרים בעמידותו בפני הלם תרמי. עוצמתו אינה נפגעת בטמפרטורות גבוהות,
ולכן הוא מתאים ביותר ל חלקי מנוע וטורבינות גז, כולל רוטורים של טורבו-מאיץ, פלגים לוהטים למנוע דיזל ופלגים חמים.
לו שני יתרונות תרמיים מרכזיים: עמידות גבוהה בפני הלם תרמי כדי לספוג שינויים מהירים בטמפרטורה ללא התפרקות,
וקoeffיציינט התפשטות תרמית נמוך מאוד שמבטיח יציבות ממדית בטווח רחב של טמפרטורות.
2.2 תכונות מכניות וכימיות מקיפות
מבחינה מכנית, ניטריד הסיליקון מאפיין עמידות מכנית יוצאת דופן, קשיחות גבוהה, עמידות גבוהה לשבירה ותנגדות מעולה לשחיקה,
ומונע סדקים ועיוותים בתנאי עבודה של מתח גבוה. מבחינת תכונות כימיות, הוא מאפיין חוסר פעילות כימית חזק,
ומתנגד לקורוזיה על ידי רוב החומצות, הבסיסים והמתכות המלובשות, כדי לשמור על יציבות ארוכת טווח של השירות בסביבות קורוזיביות קיצוניות.
2.3 תכונה של בידוד חשמלי בטמפרטורות גבוהות
ניטריד הסיליקון הוא בודד חשמלי מעולה עם בידוד יציב גם בתנאי טמפרטורה גבוהה במיוחד.
התכונה החשמלית הייחודית שלו מאפשרת לבדול באופן יציב רכיבים מוליכים במכשירים אלקטרוניים מדויקים,
שהיא יתרה מרכזית עבור תהליכי ייצור באלקטרוניקה למחשוב ובתעשיית האלקטרוניקה הכוחנית .
3. תחומים תעשייתיים ליישום והערך המוצר
3.1 יישומים תעשייתיים אזרחיים, אלקטרונים ותעשייתיים
ביצרנות האלקטרוניקה הוא משמש כשכבות בידוד ובנויות תמיכה להגנה על רכיבים רגישים ומדויקים במהלך עיבוד חום גבוה של סמיקונדקטור.
המוצר משמש גם בתומכות פנימיות של מיקרות חום גבוה ומפרידים תרמיים כדי לאופטם את אחידות הטמפרטורה הפנימית ולצמצם את אובדן האנרגיה,
וכמו כן חלקים בידוד עמידים לקורוזיה ל- ציוד לתגובות כימיות ולעיבוד .
3.2 יישומים באסטרונאוטיקה והנדסת הייטק
הסובסטרטים נקלטים באופן רגיל בסביבות קיצוניות הדורשות עמידות לטמפרטורות גבוהות במיוחד ועמידות מכנית,
כולל מערכות הגנה תרמית לחלליות וחלקים מרכזיים של מכונות תעשייתיות מהירות.
המוצר מתאים בצורה מושלמת לתנאי עבודה קיצוניים של ציוד הנדסי מתקדם.
3.3 מוצר ייחודי וערך תעשייתי
תת-הבסיסים הריבועיים של ניטריד סיליקון הם חומרים מהנדסיים מתקדמים שמשתמשים בהם בשל עמידותם המכנית המצוינת, התנגדותם המרשימה לצלילת חום והבידוד החשמלי המمتاز שלהם.
הצורה הריבועית שלהם היא יתרון מיוחד עבור ריצוף ועיבוד יעיל של מספר יחידות בציוד תעשייתי .
תכונות אלו הופכות אותם לחומר המועדף ליישומים הקשים ביותר באלקטרוניקה חזקה, ייצור רכיבים חצי מוליכים ותהליכים תעשייתיים בטמפרטורות גבוהות.