סיליקון ניטריד Si3n4

ניתן לחלק את מוצרי סיליקון ניטריד למוצרי סינטר תגובה, מוצרי לחיצה חמה, מוצרי סינטר בלחץ אטמוספרי, מוצרי סינטר לחיצה איזוסטטיים ומוצרי סינטר כבדי תגובה על פי התהליך. ביניהם, סינטר תגובה היא שיטה נפוצה לייצור מוצרים עקשן סיליקון ניטריד.

הייצור של מוצרי סיליקון ניטריד בשיטת סינטר תגובה היא לייצר אבקת סיליקון טחונה דק (גודל החלקיקים הוא בדרך כלל פחות מ-80 מיקרומטר), דפוס על ידי לחיצה מכנית או איזוסטטית, לאחר ייבוש הגוף הירוק, מחומם ל-1350 ~ 1400 מעלות בחנקן, וניטריד בו זמנית במהלך תהליך הירי. בשיטת ייצור זו, לתנאי חומר הגלם, לתהליך השריפה ולתנאי האווירה יש השפעה רבה על ביצועי המוצר.

אבקת סיליקה מכילה זיהומים רבים, כגון Fe, Ca, Aì, Ti וכו'. Fe נחשב לזרז בתהליך התגובה. זה יכול לקדם דיפוזיה של סיליקון, אבל באותו זמן, זה גם יגרום לפגמים כגון נקבוביות. התפקיד העיקרי של Fe כתוסף: זה יכול לשמש כזרז בתהליך התגובה כדי לקדם את היווצרות סרט תחמוצת SiO2 על פני המוצר; נוצרת מערכת המסת ברזל-סיליקון, וחנקן מומס ב-FeSi2 נוזלי, המקדם את היווצרות -Si3N4. אולם אם חלקיקי הברזל גדולים מדי או התכולה גבוהה מדי, יופיעו במוצר גם פגמים כמו נקבוביות שיפחיתו את הביצועים. בדרך כלל, כמות הברזל הנוספת היא 0~5%. קל ליצור זיהומים כגון Al, Ca, Ti וזיהומים אחרים עם סיליקון. כמות התוספת המתאימה יכולה לקדם סינטר ולשפר את ביצועי המוצר.

ככל שגודל החלקיקים עדין יותר וככל ששטח הפנים הספציפי גדול יותר, כך טמפרטורת השריפה נמוכה יותר. בהשוואה לגודל החלקיקים הגס יותר, כמות -Si3N4 במוצר גדלה. הקטנת גודל החלקיקים של אדי הסיליקה יכולה להקטין את גודל הנקבוביות המיקרוסקופיות של המוצר. יחס גודל חלקיקים מתאים יכול לשפר את צפיפות המוצרים.

לטמפרטורה יש השפעה חזקה על קצב הניטרידינג. תגובת הניטרידינג מתחילה ב-970~1000 מעלות, וקצב התגובה מואץ בערך ב-1250 מעלות. בשלב הטמפרטורה הגבוהה, עקב התגובה האקזותרמית, אם הטמפרטורה עולה במהירות מנקודת ההיתוך של הסיליקון (1420 מעלות), קל להזרים סיליקון, מה שיגרום לגוף אבקת הסיליקון להימס ולקריסה.

באפריל 2023, מנהל המכון לפוטוניקה באוניברסיטת לייבניץ, מיכאל מ.בעזרת "טכנולוגיה היברידית", צוות קוס שילב לייזר עשוי אינדיום פוספיד, מסנן וחלל עשוי סיליקון ניטריד ומשולב אותם על שבב בודד. 

בשנת 2023, צוות מחקר מהמעבדה להנדסה קרמיקה של המכון למחקר חומרים של קוריאה ייצר כדורי מיסב סיליקון ניטריד עבור מודולי הנעה של רכב חשמלי. גודל השוק העולמי של מיסבים היברידיים המשתמשים בטכנולוגיית כדורי סיליקון ניטריד צפוי לגדול ליותר מ-1.3 טריליון זכייה עד 2026.