เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ (สูตรเคมี Si₃N₄) เป็นวัสดุชนิดใหม่ที่ไม่ใช่โลหะและไม่มีชีวิต ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มเซรามิกโครงสร้างประสิทธิภาพสูง
มันถูกสร้างขึ้นผ่านปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงระหว่างธาตุซิลิคอนและไนโตรเจน ซึ่งมีกำลังผูกพันแบบโคเวเลนต์สูงมากเป็นพิเศษ คุณสมบัตินี้ทำให้มันมีคุณสมบัติที่เบา แข็งแรง ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน และคุณสมบัติการฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม

สำหรับวิศวกร การเข้าใจว่าซิลิคอนไนไตรด์อยู่ในหมวดหมู่ใดนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง ซิลิคอนไนไตรด์เป็นวัสดุเซรามิกที่มีพันธะโควาเลนต์เป็นองค์ประกอบหลักและมีความเสถียรทางเคมีที่ยอดเยี่ยม มันสามารถรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างและคุณสมบัติการทำงานได้แม้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงเกิน 1200°C ทำให้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรมระดับสูง เช่น เครื่องจักร อิเล็กทรอนิกส์ พลังงาน และเซมิคอนดักเตอร์

ใช่ เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ ร่วมกับซิลิคอนคาร์ไบด์ อะลูมิเนียมออกไซด์ อะลูมิเนียมไนไตรด์ และวัสดุอื่นๆ จัดอยู่ในกลุ่มวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะชนิดใหม่ ซึ่งเรียกรวมกันว่า “เซรามิกขั้นสูง” หรือ “เซรามิกพิเศษ”
วัสดุเหล่านี้แตกต่างจากเซรามิกแบบดั้งเดิมตรงที่พวกมันถูกสร้างขึ้นผ่านการเตรียมผงละเอียดและการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง ซึ่งแสดงโครงสร้างจุลภาคที่สามารถควบคุมได้และคุณสมบัติทางกลและหน้าที่ที่ยอดเยี่ยม

เช่นเดียวกัน เซรามิกบอรอนไนไตรด์ก็จัดอยู่ในประเภทของวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะชนิดใหม่เช่นกัน อย่างไรก็ตาม บอรอนไนไตรด์มีแนวโน้มที่จะเป็นเซรามิกที่มีคุณสมบัติเชิงฟังก์ชันมากกว่า ในขณะที่ซิลิคอนไนไตรด์มีทั้งคุณสมบัติเชิงโครงสร้างและเชิงฟังก์ชัน มันเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมทางวิศวกรรมที่เกี่ยวข้องกับความเครียดอุณหภูมิสูงและการกระแทกความร้อน

จากมุมมองของการใช้งาน เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ถือเป็นประเภทวัสดุผสมที่อยู่ในกลุ่มเซรามิกโครงสร้างและเซรามิกเชิงฟังก์ชัน

• ในฐานะเซรามิกโครงสร้าง มันสามารถทนต่อแรงกดสูงและอุณหภูมิสุดขั้วได้ และมักใช้ในชิ้นส่วนที่มีความเครียดสูง เช่น ใบพัดเครื่องยนต์ ลูกปืน และเครื่องมือตัด

• ในฐานะเซรามิกเชิงหน้าที่ ความสามารถในการนำความร้อนสูงและคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการบรรจุอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และแผ่นฐานสำหรับโมดูลพลังงาน

นี่ก็อธิบายได้ว่าทำไมเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์จึงได้รับความนิยมอย่างมากในอุตสาหกรรมเครื่องกล, อิเล็กทรอนิกส์, และเซมิคอนดักเตอร์ในภาคการผลิตเทคโนโลยีขั้นสูง

ความหนาแน่นของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์โดยทั่วไปอยู่ที่ 3.2 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งเพียง 40% ของเหล็ก และเบากว่าอะลูมิเนียมออกไซด์ คุณสมบัติที่มีน้ำหนักเบาทำให้เป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับการลดน้ำหนักโครงสร้างแทนวัสดุโลหะ

ค่าการนำความร้อนของซิลิคอนไนไตรด์อยู่ระหว่าง 20 ถึง 90 วัตต์ต่อเมตรเคลวิน และสามารถปรับได้โดยการเติมสารเติมแต่งออกไซด์หรือควบคุมขนาดของเม็ด
แผ่นเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ที่มีค่าการนำความร้อนสูง แสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในการบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ มอบข้อได้เปรียบสองประการคือ การนำความร้อนและการฉนวนไฟฟ้า

พารามิเตอร์เหล่านี้เป็นตัวกำหนดความสามารถในการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางของซิลิคอนไนไตรด์ในชิ้นส่วนกลไกที่มีความร้อนสูงและตัวนำไฟฟ้า

กระบวนการเตรียมเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและต้นทุนของวัสดุ กระบวนการที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบันประกอบด้วย:

1. การเผาผนึกด้วยแรงดันบรรยากาศ (GPSN): เหมาะสำหรับการผลิตในปริมาณมาก ด้วยต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำ

2. การเผาผนึกด้วยความร้อนแบบกด (Hot Press Sintering: HPSN): มีความหนาแน่นและความแข็งแรงสูง ใช้สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างระดับสูง

3. การอัดด้วยความร้อนแบบไอโซสแตติก (HIP): เพิ่มการยึดเกาะของเม็ดเนื้อวัสดุผ่านการบำบัดด้วยไนโตรเจนความดันสูง ทำให้การนำความร้อนและความแข็งแรงดีขึ้น

4. การเผาผนึกแบบปฏิกิริยา (Reaction-Bonded Sintering - RBSN): มีต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่

เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ที่ผ่านการอัดร้อนและเผาผนึกในปัจจุบันถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในตลับลูกปืนที่มีความแม่นยำสูง เครื่องมือตัด ชิ้นส่วนกังหัน และสาขาอื่น ๆ ด้วยการพัฒนาเทคนิคการกลึงที่มีความแม่นยำสูงสำหรับเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ ความแม่นยำในการผลิตของรูปทรงที่ซับซ้อนและส่วนประกอบที่มีโครงสร้างจุลภาคก็ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง

ลูกบอลเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์เป็นหนึ่งในแอปพลิเคชันที่โดดเด่นที่สุดในตลาด
เมื่อเปรียบเทียบกับลูกเหล็ก มันมีข้อได้เปรียบ เช่น ความแข็งสูง ความหนาแน่นต่ำ ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อการกัดกร่อน และทนต่อการขยายตัวจากความร้อน

การประยุกต์ใช้และลักษณะของลูกบอลเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์:

• สำหรับตลับลูกปืนความเร็วสูง ปั๊มสูญญากาศ กังหันอากาศยาน และสกรูลูกบอลความแม่นยำสูง

• สามารถทำงานต่อเนื่องในสุญญากาศ สารกัดกร่อน และสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงได้

• สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ไม่เป็นแม่เหล็ก ไม่ต้องหล่อลื่น

ดังนั้น ผู้ผลิตลูกบอลเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์จึงมักเป็นพันธมิตรหลักในห่วงโซ่อุปทานสำหรับผู้ผลิตตลับลูกปืนความแม่นยำสูง โดยให้บริการอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมยานยนต์ มอเตอร์ไฟฟ้า วิศวกรรมเครื่องกล และพลังงานใหม่

แผ่นเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ (Si₃N₄ Substrates) เป็นหนึ่งในวัสดุหลักในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์กำลังและอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์
เนื่องจากมีค่าการนำความร้อนสูงและคุณสมบัติการขยายตัวเมื่อได้รับความร้อนต่ำ จึงสามารถแก้ไขปัญหาการเกิดความร้อนและความเครียดจากความร้อนในโมดูลไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ซิลิคอนไนไตรด์เซรามิกที่มีค่าการนำความร้อนสูงและซับสเตรตเซรามิกเคลือบทองแดงซิลิคอนไนไตรด์ (Si₃N₄ DBC) กำลังกลายเป็นซับสเตรตบรรจุภัณฑ์ที่สำคัญสำหรับ IGBTs, โมดูล MOSFET และอินเวอร์เตอร์ยานพาหนะพลังงานใหม่

เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ยังถูกนำมาใช้ในระบบการสื่อสาร 5G, อินเวอร์เตอร์โฟโตโวลตาอิก และบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับอากาศยาน ซึ่งให้การสนับสนุนที่เชื่อถือได้สำหรับการเพิ่มความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าและการจัดการความร้อนของระบบ

องค์ประกอบความร้อนเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ เนื่องจากมีคุณสมบัติการนำความร้อนสูงและฉนวนไฟฟ้า สามารถให้ความร้อนอย่างรวดเร็วและรักษาอุณหภูมิให้คงที่ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
มักใช้สำหรับ:

• ระบบควบคุมอุณหภูมิอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

• อุปกรณ์ขจัดน้ำแข็งและป้องกันการเกิดฝ้าบนอากาศยาน

• อุปกรณ์ทำความร้อนอุตสาหกรรม
  ความปลอดภัยและประสิทธิภาพด้านพลังงานของมันเหนือกว่าองค์ประกอบความร้อนโลหะแบบดั้งเดิม

ภายในภาคส่วนวัสดุทนไฟ ผลิตภัณฑ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่เชื่อมด้วยซิลิคอนไนไตรด์และอิฐซิลิคอนไนไตรด์ที่เชื่อมด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์แสดงให้เห็นถึงความต้านทานต่อการกระแทกด้วยความร้อนและการกัดกร่อนของตะกรันที่ยอดเยี่ยม พวกมันถูกนำมาใช้บ่อยในถังหลอม เตาเผาซินเทอริ่ง และเซลล์อิเล็กโทรไลซิสอะลูมิเนียม ระยะการเชื่อมด้วยซิลิคอนไนไตรด์ช่วยเพิ่มความต้านทานการออกซิเดชันของผลิตภัณฑ์ ทำให้อายุการใช้งานของผนังเตาเพิ่มขึ้นและลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา

ราคาของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีความแตกต่างกันขึ้นอยู่กับ ความหนาแน่น ความแม่นยำในการกลึง กระบวนการเผาผนึก และสาขาการใช้งาน
ปัจจุบันมีวางจำหน่ายในตลาด:

• เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้าง: ประมาณ 300–800 หยวนต่อกิโลกรัม;

• ลูกบอลเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ความแม่นยำสูง: ราคาอยู่ระหว่าง 2–10 หยวนต่อชิ้น;

• แผ่นฐานที่มีค่าการนำความร้อนสูง: 50–200 หยวนต่อแผ่น

ด้วยการพัฒนาของวัสดุผงในประเทศและอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง ผู้ผลิตลูกบอลเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์และผู้ผลิตฐานเซรามิกหลายรายในประเทศจีนสามารถผลิตในปริมาณมากได้แล้ว
โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิภาคเช่นเซินเจิ้น, วูxi และตงกวน, บริษัทกำลังบรรลุการผลิตขนาดใหญ่ของเซรามิกซิลิกอนไนไตรด์ประสิทธิภาพสูงผ่านสายการผลิตอัตโนมัติ.

ในฐานะผู้ผลิตเซรามิกขั้นสูงระดับมืออาชีพ เรามีข้อได้เปรียบดังต่อไปนี้:

1. ประสบการณ์มากกว่าสิบปีในด้านการผลิตเซรามิกที่มีความแม่นยำสูง
   เราเชี่ยวชาญในการวิจัย พัฒนา และแปรรูปเซรามิกสมรรถนะสูงตามความต้องการเฉพาะ รวมถึงซิลิคอนไนไตรด์ อะลูมิเนียมไนไตรด์ อะลูมิเนียมออกไซด์ และโบรอนไนไตรด์

2. ระบบควบคุมแบบครบวงจร
   ตั้งแต่การเตรียมผง การขึ้นรูปและการเผาผนึก ไปจนถึงการกลึงความแม่นยำด้วย CNC และการตรวจสอบ กระบวนการทั้งหมดถูกควบคุมอย่างอิสระเพื่อให้มั่นใจในความสม่ำเสมอและความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์

3. อุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูงและการตรวจสอบ
   ติดตั้งเครื่องเจียร CNC นำเข้า ระบบตรวจสอบด้วยเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรเมตรี และเครื่องวิเคราะห์ความหนาแน่น ทำให้สามารถบรรลุความแม่นยำของขนาดได้ถึง ±0.001 มม.

4. ความสามารถในการปรับแต่งและการจัดส่งที่รวดเร็ว
   รองรับการผลิตทดลองในปริมาณน้อยและการจัดส่งตัวอย่างอย่างรวดเร็ว เพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของสถาบันวิจัยและองค์กรการผลิตระดับสูง

5. การรับรองคุณภาพระดับสากล
   ผลิตภัณฑ์นี้ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 9001, REACH และ RoHS ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานของตลาดหลักในยุโรป อเมริกา และเอเชีย

การพัฒนาในอนาคตของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์จะมุ่งเน้นไปที่ด้านต่อไปนี้:

1. ระบบวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนสูง (>100 W/m·K) สำหรับการระบายความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง

2. โครงสร้างเซรามิกคอมโพสิต Si₃N₄–SiC, เพิ่มความแข็งแรงในการดัดและความต้านทานต่อรอยแตก;

3. กระบวนการเผาผนึกด้วยไมโครเวฟและการเผาผนึกแบบแฟลชช่วยลดรอบการเผาผนึกและลดการใช้พลังงาน

4. การพิมพ์สามมิติของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ช่วยให้สามารถผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่ซับซ้อนได้อย่างรวดเร็ว

5. เทคโนโลยีการกลึงเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ที่มีความแม่นยำสูงพิเศษ ตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และแพลตฟอร์มออปติคอล

นวัตกรรมเหล่านี้จะขับเคลื่อนการขยายขอบเขตการใช้งานของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์อย่างต่อเนื่องในภาคพลังงานใหม่ อวกาศ การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และวิศวกรรมความแม่นยำสูง

เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์เป็นวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะขั้นสูง ซึ่งผสมผสานความแข็งแรงเชิงโครงสร้างเข้ากับคุณสมบัติการใช้งานได้อย่างลงตัว
มันมีคุณสมบัติของความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงสูง การนำความร้อนที่ยอดเยี่ยม คุณสมบัติการเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง และความต้านทานต่อการกัดกร่อน ทำให้เป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับการก้าวหน้าของอุตสาหกรรมการผลิตสมัยใหม่และอุปกรณ์ระดับสูง

จากลูกบอลเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ไปจนถึงแผ่นฐานเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ที่มีค่าการนำความร้อนสูง และต่อไปยังองค์ประกอบความร้อนเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ที่รวมกับผลิตภัณฑ์ซิลิคอนคาร์ไบด์
วัสดุนี้ได้แทรกซึมเข้าไปในหลากหลายอุตสาหกรรม กลายเป็นแรงขับเคลื่อนสำคัญเบื้องหลังการผลิตขั้นสูงของจีนและการผลิตวัสดุภายในประเทศ

ในอนาคต ด้วยความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการเผาผนึก ความบริสุทธิ์ของผง และความสามารถในการกลึงที่มีความแม่นยำ เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ประสิทธิภาพสูงมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นหนึ่งในวัสดุหลักในการผลิตอุปกรณ์ระดับสูงและการบรรจุเซมิคอนดักเตอร์