ফেরোসিলিকন নাইট্রাইড (FeSi₃N₄)
রাসায়নিক রচনা: এর উচ্চ-তাপমাত্রা নাইট্রিডেশন দ্বারা উত্পাদিতফেরো সিলিকন খাদ(সাধারণত থাকে65%-75%Si) নাইট্রোজেন বায়ুমণ্ডলে। প্রধান পর্যায় হল Si₃N₄ (70%-85% হিসাব করা), অল্প পরিমাণে বিনামূল্যে Fe (10%-15%) এবং অপ্রতিক্রিয়াবিহীন সিলিকন।
শারীরিক ফর্ম: ধূসর-সাদা থেকে গাঢ় ধূসর পাউডার বা দানা, যার ঘনত্ব প্রায় 3.2-3.4g/cm³ এবং HV 1400-1800 এর কঠোরতা।
ক্রিস্টাল স্ট্রাকচার: অল্প পরিমাণ ফেজ সহ -Si₃N₄ দ্বারা আধিপত্য। লোহার উপাদানগুলি ম্যাট্রিক্সে সূক্ষ্ম কণার আকারে বিচ্ছুরিত হয়।
সিলিকন নাইট্রাইড (Si₃N₄)
রাসায়নিক রচনা: একটি বিশুদ্ধ-ফেজ সিরামিক উপাদান যার পারমাণবিক অনুপাত Si:N 3:4 এবং একটি তাত্ত্বিক ঘনত্ব 3.18g/cm³।
শারীরিক ফর্ম: সাদা বা হালকা ধূসর পাউডার, যা সিন্টারিংয়ের পরে একটি উচ্চ ঘন সিরামিক বডি গঠন করে, যার কঠোরতা HV 1800-2200 (sintered বডির জন্য)।
ক্রিস্টাল স্ট্রাকচার: প্রধানত দুটি আকারে বিদ্যমান: ফেজ (নিম্ন-তাপমাত্রার স্থিতিশীল প্রকার) এবং পর্যায় (উচ্চ-তাপমাত্রার স্থিতিশীল প্রকার)। শিল্প পণ্য সিন্টারিং প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ করে দুটি পর্যায়ের অনুপাত সামঞ্জস্য করে।
মূল বৈশিষ্ট্যের তুলনা
| তুলনার মাত্রা | ফেরোসিলিকন নাইট্রাইড, FeSi₃N₄ | সিলিকন নাইট্রাইড, Si₃N₄ | মূল প্রভাব |
|---|---|---|---|
| মূল উপাদান এবং বিশুদ্ধতা | Si 65%-75%, N 18%-22%, Fe 10%-15%, যৌগিক ফেজ গঠন | Si₃N₄ বিশুদ্ধতা 99% এর চেয়ে বেশি বা সমান (শিল্প গ্রেড), 99.9% এর চেয়ে বড় বা সমান (উচ্চ-শেষ গ্রেড), বিশুদ্ধ ফেজ সিরামিক | বিশুদ্ধতা কর্মক্ষমতা উপরের সীমা নির্ধারণ করে; সিলিকন নাইট্রাইড আয়রন কার্যকারিতা এবং খরচের ভারসাম্য বজায় রাখে, যখন সিলিকন নাইট্রাইড চূড়ান্ত কর্মক্ষমতাকে কেন্দ্র করে। |
| মূল ভৌত বৈশিষ্ট্য | তাপ পরিবাহিতা 15-30 W/(m・K), নমনীয় শক্তি 300-600 MPa, কঠোরতা HV 1400-1800 | তাপ পরিবাহিতা 40-170 W/(m・K) (200 পর্যন্ত ফেজ), নমনীয় শক্তি 700-1500 MPa, কঠোরতা HV 1800-2200 | সিলিকন নাইট্রাইড সমস্ত দিক থেকে সিলিকন নাইট্রাইড আয়রনকে ছাড়িয়ে যায়, বিশেষ করে উচ্চ তাপমাত্রা এবং যান্ত্রিক শক্তিতে। |
| রাসায়নিক স্থিতিশীলতা | 1300-1400 ডিগ্রীতে অক্সিডেশন একটি SiO₂ প্রতিরক্ষামূলক ফিল্ম গঠন করে, অ্যাসিড এবং ক্ষার ক্ষয় প্রতিরোধী (শক্তিশালী অক্সিডেন্ট ছাড়া) | 1600-1700 ডিগ্রীতে স্থিতিশীল, বেশিরভাগ রাসায়নিক মাধ্যম দ্বারা ক্ষয় প্রতিরোধী, বিশুদ্ধ ফেজ কাঠামো কোন অপবিত্রতা বৃষ্টিপাত ছাড়াই | সিলিকন নাইট্রাইড উচ্চ তাপমাত্রা এবং আরও গুরুতর জারা পরিবেশের জন্য উপযুক্ত। |
| উত্পাদন প্রক্রিয়ার অসুবিধা | ফেরোসিলিকনের উচ্চ-তাপমাত্রা নাইট্রাইডিং (1350-1450 ডিগ্রি, 8-12 ঘন্টা), একটি পরিপক্ক প্রক্রিয়া। | প্রতিক্রিয়া সিন্টারিং / হট প্রেসিং সিন্টারিং (1700-1850 ডিগ্রি, সিন্টারিং এইডস প্রয়োজন), জটিল প্রক্রিয়া | সিলিকন নাইট্রাইড আয়রনের একটি বৃহৎ উৎপাদন ক্ষমতা রয়েছে (বিশ্বব্যাপী 1.5 মিলিয়ন টন/বছর, চীনের জন্য 65% অ্যাকাউন্ট), যা উচ্চ সরবরাহের স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করে। |
প্রস্তুতির প্রক্রিয়ার মধ্যে পার্থক্য
এর প্রস্তুতিফেরোসিলিকন নাইট্রাইড
বিশ্বব্যাপী উৎপাদন ক্ষমতা: প্রায় 1.5 মিলিয়ন টন/বছর, সহচীন 65% জন্য অ্যাকাউন্টিং.
কাঁচামাল প্রস্তুতি:
ফেরোসিলিকন অ্যালয় (65%-75% Si) নির্বাচন করুন এবং এটিকে 1 মিমি থেকে কম আকারে পিষুন।
নাইট্রিডেশন প্রতিক্রিয়া:
Introduce high-purity nitrogen (>99.99%) একটি উল্লম্ব প্রতিরোধের চুল্লিতে, 1350-1450 ডিগ্রীতে তাপ, এবং 8-12 ঘন্টা বিক্রিয়া করে একটি যৌগিক পর্যায় তৈরি করে যেখানে লোহার কণাগুলি Si₃N₄ এ আবৃত থাকে।
পোস্ট-চিকিৎসা:
শীতল হওয়ার পরে, পণ্যটি গুঁড়ো করে স্ক্রিন করুন এবং 10%-15% এর মধ্যে Fe কন্টেন্ট নিয়ন্ত্রণ করতে চৌম্বকীয় পৃথকীকরণের মাধ্যমে বিনামূল্যে লোহা অপসারণ করুন।
এর প্রস্তুতিসিলিকন নাইট্রাইড
প্রতিক্রিয়া সিন্টারিং পদ্ধতি:
একটি কমপ্যাক্টে সিলিকন পাউডার টিপুন, যা পরে 1350-1450 ডিগ্রিতে নাইট্রোজেনে বিক্রিয়া করে -Si₃N₄ সংশ্লেষিত করতে। ঘনত্বের জন্য সেকেন্ডারি সিন্টারিং প্রয়োজন।
হট প্রেসিং সিন্টারিং পদ্ধতি:
উচ্চ-ঘনত্ব -Si₃N₄ পেতে 20-30MPa চাপে 1700-1850 ডিগ্রিতে sintering সহায়কগুলি যেমন MgO এবং Y₂O₃ যোগ করুন।
গ্যাসের চাপ সিন্টারিং পদ্ধতি:
Sinter in high-pressure nitrogen (>1MPa) Si₃N₄ এর পচন রোধ করতে এবং উচ্চ-বিশুদ্ধ সিরামিক উপাদান তৈরি করতে।
মূল অ্যাপ্লিকেশন ক্ষেত্রগুলির তুলনা
ফেরোসিলিকন নাইট্রাইডের প্রয়োগ
অবাধ্য:
ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং তাপীয় শক স্থায়িত্ব উন্নত করতে বড় ব্লাস্ট ফার্নেসের ট্যাফোল কাদামাটি (যেমন, বাওস্টিলের 4966m³ ব্লাস্ট ফার্নেস) ব্যবহার করা হয়, ট্যাফোল গভীরতার ওঠানামা 30% কমিয়ে দেয়।
লোহা ও ইস্পাত ধাতুবিদ্যা:
ডিঅক্সিডাইজার হিসাবে FeSi এবং FeN এর অংশের বিকল্প হিসাবে কাজ করে, HRB400 রিবার উৎপাদনে 15%-20% অ্যালয় খরচ কমিয়ে দেয়।
পরিধান-প্রতিরোধী আবরণ:
থার্মাল স্প্রে করা FeSi₃N₄ আবরণগুলি খনির যন্ত্রপাতিগুলিতে প্রয়োগ করা হয়, যার পরিধানের হার ঐতিহ্যগত কার্বন স্টিলের তুলনায় 50% কম।
সিলিকন নাইট্রাইডের প্রয়োগ
উচ্চ-তাপমাত্রার কাঠামোগত অংশ:
এয়ারো-ইঞ্জিন টারবাইন ব্লেডে ব্যবহৃত হয় (GE9X ইঞ্জিন Si₃N₄ সিরামিক বিয়ারিং গ্রহণ করে), যা 1300 ডিগ্রির উচ্চ তাপমাত্রা সহ্য করতে পারে এবং ওজন 30% কমাতে পারে।
ইলেকট্রনিক ক্ষেত্র:
5G বেস স্টেশনগুলির জন্য সিলিকন নাইট্রাইড সাবস্ট্রেটগুলির তাপ পরিবাহিতা 170W/(m·K), তাপ অপচয় দক্ষতা Al₂O₃ এর দ্বিগুণ।
কাটিং টুলস:
নিকেল ভিত্তিক অ্যালয় প্রক্রিয়াকরণের জন্য Si₃N₄-ভিত্তিক সিরামিক সরঞ্জামগুলি সিমেন্টেড কার্বাইডের তুলনায় 5 গুণ পরিষেবা জীবন সহ, 300m/মিনিটের কাটিং গতি অর্জন করতে পারে।
নির্বাচন নির্দেশিকা এবং শিল্প সুপারিশ
উপাদান নির্বাচনের মানদণ্ড
কম-খরচ ডিঅক্সিডেশন বা অবাধ্য উপাদানের জন্য, ফেরোসিলিকন নাইট্রাইড পছন্দ করা হয় (এর দাম সিলিকন নাইট্রাইডের মাত্র 1/5-1/10)।
উচ্চ-তাপমাত্রা শক্তি বা নিরোধক কর্মক্ষমতা প্রয়োজন এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য, সিলিকন নাইট্রাইড ব্যবহার করা আবশ্যক (যেমন সেমিকন্ডাক্টর প্যাকেজিং এবং উচ্চ-তাপমাত্রার বিয়ারিংয়ে)।
শিল্প প্রবণতা
ফেরোসিলিকন নাইট্রাইড:
কম সিলিকন (60% Si) এবং উচ্চ নাইট্রোজেন (N 20%+) অতি-নিম্ন কার্বন ইস্পাতের গলানোর প্রয়োজনীয়তা মেটাতে উন্নয়নশীল।
সিলিকন নাইট্রাইড:
ন্যানোক্রিস্টালাইন প্রযুক্তির (যেমন, সাংহাই ইনস্টিটিউট অফ সিরামিকস, চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেস দ্বারা বিকশিত ন্যানো -Si₃N₄) এর মাধ্যমে তাপ পরিবাহিতা 200W/(m·K) এর উপরে উন্নত করা হচ্ছে।
