El nitruro de silicio es el material dominante para los usos de cerámica estructurales en ambientes de la alta tensión mecánica y térmica por ejemplo en los motores de vehículos de la propulsión. Sus características hacen a este material el único conveniente para alta tensión mecánica a temperatura ambiente y a temperaturas elevadas, buena resistencia a la oxidación y al desgaste a altas temperaturas, alta resistencia al choque térmico, resistencia excelente a la abrasión y a la corrosión, baja densidad, y, por lo tanto, un momento bajo de inercia. Además, el nitruro de silicio se fabrica de materias primas abundantes.
Sistema Material
Hay dos técnicas básicas para la síntesis industrial del polvo Si3N4, aunque existen otros métodos disponibles. El más antiguo y más extensamente utilizado es el método de nitració n del silicio. El silicio se calienta en una atmósfera del nitrógeno a las temperaturas de 1100-1450 ºC en la presencia de un catalizador de hierro. La pureza del producto depende de la pureza de los materiales de partida, de la cantidad de catalizador usada, y del grado al cual se quita el catalizador. El otro proceso comercial es una reacción donde el tetracloruro del silicio o un silano reaccionan con amoníaco líquido a bajas temperaturas. El compuesto del silicio se disuelve en un solvente aromático tal como tolueno y la imida de silicio se forma en el interfaz entre el amoníaco líquido y la fase orgánica. La imida de silicio se separa y se convierte térmicamente al nitruro de silicio cristalino dando por resultado un polvo de la pureza elevada.
El nitruro de silicio existe en dos modificaciones cristalográficas hexagonales señaladas como la a y las β-fases. La fase β es frecuente a altas temperaturas. Las impurezas metálicas son negativas para las características termomecánicas del Si3N4 y en los polvos más puros su concentración total no excede de 100 ppm. Los niveles de tolerancia para los metales varían, pero cualquier contaminante preferiblemente se debe dispersar homogéneamente en el polvo que estar presente en partículas discretas. Los álcalis y los metales que forman los cristales que tienen un bajo punto de fusión son inaceptables porque pueden causar fallos a las altas temperaturas. El aluminio y el magnesio no son problemáticos por lo que se utilizan con frecuencia como aditivos de sinterización. Los metales de la transición tales como Fe, Ni, o Cr pueden afectar a la dureza del material.
Formación cristalográfica del α-Si3N4
Formación cristalográfica del β-Si3N4