1. ภาพรวมพื้นฐานและข้อได้เปรียบจากการแทนที่วัสดุ
1.1 นิยามพื้นฐานของแผ่นรองซิลิคอนไนไตรด์ทรงสี่เหลี่ยม
แผ่นรองซิลิคอนไนไตรด์ (Silicon Nitride) ทรงสี่เหลี่ยม ซึ่งมักเรียกกันโดยทั่วไปว่าแผ่นเวเฟอร์หรือแผ่นโลหะทรงสี่เหลี่ยม เป็นวัสดุเซรามิกประสิทธิภาพสูงในรูปแบบของแผ่นแบนทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า
วัสดุเหล่านี้ถูกออกแบบให้มีคุณสมบัติเชิงกล ความร้อน และไฟฟ้าที่โดดเด่นเฉพาะตัว
ทำให้เป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้ในหลากหลาย การใช้งานอุตสาหกรรมและอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความต้องการสูง .
1.2 จุดเด่นหลักเหนือวัสดุแบบดั้งเดิม
ซิลิคอนไนไตรด์ (Si₃N₄) มีน้ำหนักเบากว่าเหล็กถึง 60% แต่แข็งแรงพอที่จะทนต่อการใช้งานที่มีความต้องการสูงที่สุดในหลากหลายอุตสาหกรรม
วัสดุเซรามิกชนิดนี้มีน้ำหนักเบา และมีความแข็งแรงสูง ใช้เป็นทางเลือกแทนเหล็กกล้าไร้สนิม โลหะผสมพิเศษ และเซรามิกรุ่นแรก เช่น Al₂O₃ และ ZrO₂
มีคุณสมบัติทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ดีเยี่ยม มีความเหนียวต่อการแตกร้าวสูง เข้ากันได้ดีกับหลอมละลายของโลหะที่ไม่มีธาตุเหล็ก และมีความน่าเชื่อถือในเชิงโครงสร้างสูงกว่าเซรามิกชนิดอื่นๆ
2. คุณสมบัติในการทำงานหลักของซับสเตรตเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์
2.1 จุดเด่นด้านประสิทธิภาพความร้อนที่โดดเด่น
ซิลิคอนไนไตรด์มีความสามารถในการทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ดีกว่าเซรามิกชนิดอื่น ความแข็งแรงของมันไม่ลดลงแม้ที่อุณหภูมิสูง
จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับ ชิ้นส่วนเครื่องยนต์และกังหันแก๊ส รวมถึงโรเตอร์เทอร์โบชาร์จเจอร์ ปลั๊กให้ความร้อนสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล และปลั๊กความร้อน
มีข้อได้เปรียบหลักด้านความร้อนสองประการ คือ ความสามารถในการทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันสูง เพื่อป้องกันการแตกร้าวจากอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
และสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนต่ำมาก ซึ่งรับประกันความคงที่ของขนาดในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง
2.2 คุณสมบัติเชิงกลและเคมีแบบรวม
ในด้านสมรรถนะเชิงกล ซิลิคอนไนไตรด์มีความแข็งแรงเชิงกลสูงมาก ความแข็งสูง ความเหนียวต่อการแตกร้าวสูง และทนต่อการสึกหรอได้ดีเยี่ยม
จึงไม่เกิดรอยแตกหรือการเปลี่ยนรูปภายใต้สภาวะการทำงานที่มีแรงเครียดสูง สำหรับคุณสมบัติเชิงเคมี วัสดุชนิดนี้มีความเฉื่อยทางเคมีสูงมาก
สามารถต้านทานการกัดกร่อนจากกรด ด่าง และโลหะหลอมเหลวส่วนใหญ่ ทำให้คงเสถียรภาพในการใช้งานระยะยาวได้แม้ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง
2.3 คุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ทนอุณหภูมิสูง
ซิลิคอนไนไตรด์เป็นฉนวนไฟฟ้าชั้นเลิศ ที่รักษาสมรรถนะการเป็นฉนวนได้อย่างมั่นคงแม้ในสภาวะอุณหภูมิสูงพิเศษ
คุณสมบัติทางไฟฟ้าอันโดดเด่นนี้ทำให้วัสดุสามารถแยกชิ้นส่วนที่นำไฟฟ้าออกจากกันได้อย่างมั่นคงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความแม่นยำสูง
ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบหลักสำหรับ สถานการณ์การใช้งานในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์กำลัง .
3. สถานการณ์การประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรมและมูลค่าของผลิตภัณฑ์
3.1 แอปพลิเคชันด้านการผลิตอุตสาหกรรมพลเรือน อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ และอุตสาหกรรมไฟฟ้า
ในกระบวนการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ วัสดุนี้ทำหน้าที่เป็นชั้นฉนวนและโครงสร้างรองรับ เพื่อปกป้องชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูงและไวต่อการเปลี่ยนแปลงจากความร้อนระหว่างกระบวนการแปรรูปเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้อุณหภูมิสูง
นอกจากนี้ยังนำมาใช้ในโครงยึดภายในเตาให้ความร้อนสูงและแผ่นกั้นความร้อน เพื่อเพิ่มความสม่ำเสมอของอุณหภูมิภายในเตาและลดการสูญเสียพลังงาน
รวมถึงชิ้นส่วนฉนวนที่ทนต่อการกัดกร่อนสำหรับ อุปกรณ์ที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาเคมีและกระบวนการแปรรูป .
3.2 แอปพลิเคชันด้านอวกาศและวิศวกรรมขั้นสูง
วัสดุพื้นฐานเหล่านี้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในสภาพแวดล้อมที่มีความรุนแรงสูงซึ่งต้องการคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูงมากเป็นพิเศษและมีความแข็งแรงเชิงกลสูง
ครอบคลุมระบบป้องกันความร้อนสำหรับยานอวกาศและชิ้นส่วนหลักของ เครื่องจักรอุตสาหกรรมความเร็วสูง
วัสดุนี้เหมาะสมอย่างยิ่งกับสภาวะการทำงานที่รุนแรงของอุปกรณ์วิศวกรรมขั้นสูง
3.3 คุณค่าเฉพาะตัวของผลิตภัณฑ์และอุตสาหกรรม
ซับสเตรตสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่ทำจากซิลิคอนไนไตรด์เป็นวัสดุวิศวกรรมขั้นสูงที่มีชื่อเสียงในด้านความแข็งแรงเชิงกลที่เหนือกว่า ความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ดีเยี่ยม และคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม
รูปร่างสี่เหลี่ยมจัตุรัสของวัสดุนี้ให้ข้อได้เปรียบโดยเฉพาะในการ เรียงแผ่นและประมวลผลหน่วยต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพในอุปกรณ์อุตสาหกรรม .
คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้วัสดุนี้เป็นตัวเลือกอันดับต้นๆ สำหรับการใช้งานที่ท้าทายที่สุดในด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง กระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และกระบวนการอุตสาหกรรมที่ต้องใช้อุณหภูมิสูง