Siliziumnitrid

Siliziumnitrid ist eine chemische Verbindung der Elemente Silizium und Stickstoff . Si₃N₄( Trisiliciumtetranitrid ) ist das thermodynamisch stabilste und wirtschaftlich wichtigste Siliciumnitrid ^{[ 6 ]} , und die Bezeichnung „ Siliciumnitrid “ bezieht sich üblicherweise auf diese spezifische Zusammensetzung. Es handelt sich um einen weißen, hochschmelzenden Feststoff, der relativ chemisch inert ist und von verdünnter Flusssäure (HF) und heißem Wasserstoff (H₂) angegriffen wird.₃PO₄Es ist sehr hart (8,5 auf der Mohs-Skala ). Es weist eine hohe thermische Stabilität und starke optische Nichtlinearitäten für rein optische Anwendungen auf. ^{[ 7 ]}

Siliziumnitrid wird durch Erhitzen von pulverförmigem Silizium zwischen 1300 °C und 1400 °C in einer Stickstoffatmosphäre hergestellt:

3 Si + 2 N₂→ Si₃N₄

Das Gewicht der Siliziumprobe nimmt aufgrund der chemischen Verbindung von Silizium und Stickstoff stetig zu. Ohne Eisenkatalysator ist die Reaktion nach einigen Stunden (~7) abgeschlossen; zu diesem Zeitpunkt wird keine weitere Gewichtszunahme durch Stickstoffaufnahme (pro Gramm Silizium) mehr festgestellt.

Zusätzlich zu Si₃N₄In der Literatur wurden mehrere weitere Siliziumnitridphasen (mit chemischen Formeln, die unterschiedlichen Nitridierungsgraden bzw. Silizium-Oxidationsstufen entsprechen) beschrieben. Dazu gehört das gasförmige Disilikonmononitrid ( Si) .₂N ), Siliziummononitrid (SiN) und Siliziumsesquinitrid ( Si₂N₃), die jeweils stöchiometrische Phasen darstellen. Wie bei anderen feuerfesten Materialien hängen die in diesen Hochtemperatursynthesen erhaltenen Produkte von den Reaktionsbedingungen (z. B. Zeit, Temperatur und Ausgangsmaterialien einschließlich der Reaktanten und Behältermaterialien) sowie der Art der Reinigung ab. Die Existenz des Sesquinitrids ist jedoch inzwischen in Frage gestellt worden. ^{[ 8 ]}

Es kann auch über den Diimidweg hergestellt werden: ^{[ 9 ]}

SiCl₄+ 6 NH₃ → Si(NH)₂+ 4 NH₄Cl (s) bei 0 °C

3 Si(NH)₂→ Si₃N₄+ N₂+ 3 H₂(g) bei 1000 °C

Die carbothermische Reduktion von Siliciumdioxid in einer Stickstoffatmosphäre bei 1400–1450 °C wurde ebenfalls untersucht: ^{[ 9 ].}

3 SiO₂+ 6 C + 2 N₂→ Si₃N₄+ 6 CO

Die Nitridierung von Siliciumpulver wurde in den 1950er Jahren nach der „Wiederentdeckung“ von Siliciumnitrid entwickelt und war das erste großtechnische Verfahren zur Pulverherstellung. Die Verwendung von minderwertigem Rohsilicium führte jedoch zu Verunreinigungen des Siliciumnitrids mit Silikaten und Eisen . Die Diimid-Zersetzung ergibt amorphes Siliciumnitrid, das zur Umwandlung in ein kristallines Pulver unter Stickstoffatmosphäre bei 1400–1500 °C getempert werden muss; dies ist heute der zweitwichtigste Weg zur kommerziellen Produktion. Die carbothermische Reduktion war das erste angewandte Verfahren zur Siliciumnitrid-Herstellung und gilt heute als kostengünstigster industrieller Weg zu hochreinem Siliciumnitridpulver. ^{[ 9 ]}

Siliziumnitridfilme in Elektronikqualität werden mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) oder einer ihrer Varianten, wie z. B. der plasmaverstärkten chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD), hergestellt: ^{[ 9 ] [ 10 ]}

3 SiH₄(g) + 4 NH₃(g) → Si₃N₄(s) + 12 H₂(g) bei 750–850°C ^{[ 11 ]}

3 SiCl₄(g) + 4 NH₃(g) → Si₃N₄(s) + 12 HCl(g)

3 SiCl₂H₂(g) + 4 NH₃(g) → Si₃N₄(s) + 6 HCl(g) + 6 H₂(G)

Für die Abscheidung von Siliziumnitridschichten auf Halbleitersubstraten (üblicherweise Siliziumsubstraten) werden zwei Methoden verwendet: ^{[ 10 ]}

1. Die Niederdruck-CVD-Technologie (LPCVD) arbeitet bei relativ hohen Temperaturen und wird entweder in einem vertikalen oder in einem horizontalen Rohrofen durchgeführt ^{[ 12 ]} oder
2. Die plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) arbeitet bei relativ niedrigen Temperaturen (≤ 250 °C) und unter Vakuumbedingungen. ^{[ 13 ]} Beispiele hierfür sind Bis(diethylamino)silan als Siliziumvorläufer und N₂-Plasma _als Reaktant. ^{[ 13 ]}

Da sich die Gitterkonstanten von Siliziumnitrid und Silizium unterscheiden, können je nach Abscheidungsprozess Spannungen auftreten . Insbesondere bei der PECVD-Technologie lassen sich diese Spannungen durch Anpassung der Abscheidungsparameter reduzieren. ^{[ 14 ]}

Siliziumnitrid- Nanodrähte lassen sich auch mittels Sol-Gel -Verfahren durch carbothermische Reduktion und anschließende Nitridierung von Kieselgel , das ultrafeine Kohlenstoffpartikel enthält, herstellen . Die Partikel können durch Zersetzung von Dextrose im Temperaturbereich von 1200–1350 °C gewonnen werden. Mögliche Synthesereaktionen sind: ^{[ 15 ]}

SiO₂(s) + C(s) → SiO(g) + CO(g)     und

3 SiO(g) + 2 N₂(g) + 3 CO(g) → Si₃N₄(s) + 3 CO₂(g)     oder

3 SiO(g) + 2 N₂(g) + 3 C(s) → Si₃N₄(s) + 3 CO(g).

Siliziumnitrid ist als Massenwerkstoff schwer herzustellen – es kann aufgrund der Dissoziation in Silizium und Stickstoff nicht über 1850 °C erhitzt werden, was deutlich unter seinem Schmelzpunkt liegt. Daher ist die Anwendung konventioneller Heißpress- Sinterverfahren problematisch. Die Bindung von Siliziumnitridpulvern kann bei niedrigeren Temperaturen durch die Zugabe von Sinterhilfsmitteln oder Bindemitteln erreicht werden, die üblicherweise eine gewisse Flüssigphasensinterung bewirken. ^{[ 16 ]} Eine sauberere Alternative ist das Funkenplasmasintern , bei dem die Erhitzung durch das Anlegen von Stromimpulsen an das verdichtete Pulver sehr schnell (innerhalb von Sekunden) erfolgt. Mit diesem Verfahren wurden dichte Siliziumnitrid-Presslinge bei Temperaturen von 1500–1700 °C hergestellt. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Es existieren drei kristallographische Strukturen von Siliziumnitrid ( Si).₃N₄), die als α-, β- und γ-Phasen bezeichnet werden. ^{[ 19 ]} Die α- und β- Phasen sind die häufigsten Formen von Si₃N₄und kann unter Normaldruckbedingungen hergestellt werden. Die γ-Phase kann nur unter hohen Drücken und Temperaturen synthetisiert werden und weist eine Härte von 35 GPa auf. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Die α- und β- Si₃N₄Sie besitzen trigonale ( Pearson-Symbol hP28, Raumgruppe P31c, Nr. 159) bzw. hexagonale (hP14, P6 ₃ , Nr. 173) Strukturen, die durch eckenverknüpfte SiN -Einheiten aufgebaut sind.₄Tetraeder . Sie können als aus Schichten von Silizium- und Stickstoffatomen in der Reihenfolge ABAB... oder ABCDABCD... in β- Si bestehend betrachtet werden.₃N₄und α- Si₃N₄Die AB-Schicht ist in der α- und β-Phase identisch, und die CD-Schicht in der α-Phase ist über eine c-Gleitebene mit AB verbunden. Das Si₃N₄Tetraeder in β- Si₃N₄sind so miteinander verbunden, dass Tunnel entstehen, die parallel zur c-Achse der Einheitszelle verlaufen. Aufgrund der c-Gleitebene, die AB mit CD verbindet, enthält die α-Struktur Hohlräume anstelle von Tunneln. Das kubische γ- Si₃N₄wird in der Literatur häufig als c-Modifikation bezeichnet, in Analogie zur kubischen Modifikation von Bornitrid (c-BN). Es besitzt eine Spinellstruktur vom α-Typ, in der zwei Siliciumatome jeweils sechs Stickstoffatome oktaedrisch und ein Siliciumatom vier Stickstoffatome tetraedrisch koordiniert. ^{[ 22 ]}

Die längere Schichtfolge führt dazu, dass die α-Phase eine höhere Härte als die β-Phase aufweist. Allerdings ist die α-Phase im Vergleich zur β-Phase chemisch instabil. Bei hohen Temperaturen und in Gegenwart einer flüssigen Phase wandelt sich die α-Phase stets in die β-Phase um. Daher ist β- Si₃N₄ist die Hauptform, die in Si verwendet wird₃N₄Keramiken. ^{[ 23 ]} In dotiertem β- Si kann es zu anomalem Kornwachstum kommen.₃N₄Dabei bilden sich in einer Matrix aus feineren, gleichachsigen Körnern ungewöhnlich große, längliche Körner, die durch Rissüberbrückung die Bruchzähigkeit des Materials erhöhen können. ^{[ 24 ]} Das anomale Kornwachstum in dotiertem Siliziumnitrid entsteht durch additivverstärkte Diffusion und führt zu Komposit-Mikrostrukturen, die auch als „In-situ-Komposite“ oder „selbstverstärkte Materialien“ bezeichnet werden können. ^{[ 25 ]}

Neben den kristallinen Polymorphen von Siliciumnitrid können als Pyrolyseprodukte präkeramischer Polymere auch glasartige amorphe Materialien entstehen , die meist unterschiedliche Mengen an Restkohlenstoff enthalten (und daher treffender als Siliciumcarbonitride bezeichnet werden). Insbesondere lässt sich Polycarbosilazan durch Pyrolyse leicht in eine amorphe Form eines Siliciumcarbonitrid-basierten Materials umwandeln, was wertvolle Implikationen für die Verarbeitung von Siliciumnitrid-Materialien mit Verfahren bietet, die üblicherweise für Polymere eingesetzt werden. ^{[ 26 ]}

Im Allgemeinen lag das Hauptproblem bei Anwendungen von Siliziumnitrid nicht in der technischen Leistungsfähigkeit, sondern in den Kosten. Mit sinkenden Kosten nimmt die Zahl der Produktionsanwendungen rasant zu. ^{[ 27 ]}

Eine der wichtigsten Anwendungen von gesintertem Siliziumnitrid liegt im Motorenbau. Es findet Verwendung in Dieselmotoren , beispielsweise in Glühkerzen für schnellere Startzeiten, in Vorkammern (Drallkammern) zur Reduzierung von Emissionen, Startzeit und Geräuschen sowie in Turboladern zur Verringerung des Turbolochs und der Emissionen. In Ottomotoren wird Siliziumnitrid für Kipphebellager zur Verschleißminderung, Turboladerturbinen zur Reduzierung der Massenträgheit und des Turbolochs sowie in Abgasregelventilen zur Beschleunigungssteigerung eingesetzt . Aktuell werden schätzungsweise jährlich über 300.000 Turbolader aus gesintertem Siliziumnitrid gefertigt.

Siliziumnitrid wird in einigen Hochleistungs-Keramikbeschichtungen für Automobile zum Schutz des Lacks verwendet. ^{[ 9 ] [ 16 ] [ 27 ]}

Siliziumnitridlager sind sowohl Vollkeramiklager als auch Keramikhybridlager mit Kugeln aus Keramik und Laufringen aus Stahl. Siliziumnitridkeramik weist im Vergleich zu anderen Keramiken eine gute Stoßfestigkeit auf. Daher werden Kugellager aus Siliziumnitridkeramik in Hochleistungslagern eingesetzt . Ein typisches Beispiel ist der Einsatz von Siliziumnitridlagern in den Haupttriebwerken des NASA- Space-Shuttles . ^{[ 28 ] [ 29 ]}

Da Siliziumnitrid-Kugellager härter als Metall sind, verringert sich der Kontakt mit der Lagerlaufbahn. Dies führt im Vergleich zu herkömmlichen Metalllagern zu 80 % weniger Reibung, einer drei- bis zehnmal längeren Lebensdauer, 80 % höheren Drehzahlen, 60 % geringerem Gewicht, der Möglichkeit des Betriebs bei unzureichender Schmierung, höherer Korrosionsbeständigkeit und höherer Betriebstemperatur. ^{[ 27 ]} Siliziumnitridkugeln wiegen 79 % weniger als Wolframcarbidkugeln . Siliziumnitrid-Kugellager finden Verwendung in hochwertigen Automobillagern, Industrielagern, Windkraftanlagen , im Motorsport, bei Fahrrädern, Inlineskates und Skateboards . Siliziumnitridlager sind besonders nützlich in Anwendungen, in denen Korrosion oder elektrische bzw. magnetische Felder den Einsatz von Metallen verhindern, beispielsweise in Gezeitenströmungsmessern, wo Meerwasserangriffe ein Problem darstellen, oder in elektrischen Feldsuchgeräten. ^{[ 16 ]}

Si₃N₄ wurde erstmals ₁₉₇₂ als überlegenes Lagermaterial demonstriert , ging aber aufgrund von Herausforderungen bei der Kostenreduzierung erst um 1990 in Produktion. Seit 1990 konnten die Kosten mit steigendem Produktionsvolumen deutlich gesenkt werden. Obwohl _Si₃N₄3N₄Lager sind zwar immer noch zwei- bis fünfmal teurer als die besten Stahllager, ihre überlegene Leistung und Lebensdauer rechtfertigen jedoch die rasche Verbreitung. Rund 15–20 Millionen Siliziumlager werden jährlich im Handel erhältlich sein.₃N₄Kugellager wurden 1996 in den USA für Werkzeugmaschinen und viele andere Anwendungen hergestellt. Das Wachstum wird auf 40 % pro Jahr geschätzt, könnte aber noch höher ausfallen, wenn Keramiklager für Verbraucheranwendungen wie Inlineskates und Computerfestplattenlaufwerke ausgewählt würden. ^{[ 27 ]}

NASA-Tests zeigen, dass Keramik-Hybridlager eine deutlich geringere Ermüdungslebensdauer (Verschleißlebensdauer) aufweisen als herkömmliche Ganzstahllager. ^{[ 30 ]}

Siliziumnitrid wird seit Langem in Hochtemperaturanwendungen eingesetzt. Insbesondere wurde es als eines der wenigen monolithischen Keramikmaterialien identifiziert, das den extremen Temperaturschocks und Temperaturgradienten in Wasserstoff/Sauerstoff-Raketentriebwerken standhält. Um diese Eigenschaft in einer komplexen Konfiguration zu demonstrieren, fertigten NASA-Wissenschaftler mithilfe fortschrittlicher Rapid-Prototyping-Technologie eine einteilige Brennkammer-/Düsenkomponente (Triebwerk) mit einem Durchmesser von einem Zoll. Das Triebwerk wurde mit Wasserstoff/Sauerstoff-Treibstoff einem Heißlauftest unterzogen und überstand fünf Zyklen, darunter einen fünfminütigen Zyklus bei einer Materialtemperatur von 1320 °C. ^{[ 31 ]}

Im Jahr 2010 wurde Siliziumnitrid als Hauptmaterial in den Triebwerken der JAXA- Raumsonde Akatsuki verwendet . ^{[ 32 ]}

Für die Mikroverschlüsse des Nahinfrarotspektrographen an Bord des James-Webb-Weltraumteleskops wurde Siliziumnitrid verwendet . Laut NASA: „Die Betriebstemperatur ist kryogen, daher muss das Gerät bei extrem niedrigen Temperaturen funktionieren. Eine weitere Herausforderung bestand darin, Verschlüsse zu entwickeln, die sich wiederholt ohne Ermüdung öffnen und schließen lassen, einzeln öffnen können und weit genug öffnen, um die wissenschaftlichen Anforderungen des Instruments zu erfüllen. Siliziumnitrid wurde aufgrund seiner hohen Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit für die Mikroverschlüsse ausgewählt.“ Dieses Mikroverschlusssystem ermöglicht es dem Instrument, bis zu 100 Himmelsobjekte gleichzeitig zu beobachten und zu analysieren. ^{[ 33 ]}

Siliziumnitrid findet vielfältige Anwendung in der Orthopädie. ^{[ 34 ] [ 35 ]} Das Material stellt zudem eine Alternative zu PEEK (Polyetheretherketon) und Titan dar, die für Wirbelsäulenversteifungsimplantate verwendet werden (wobei Titan vergleichsweise teuer ist). ^{[ 36 ] [ 37 ]} Die hydrophile , mikrotexturierte Oberfläche von Siliziumnitrid trägt wesentlich zu seiner Festigkeit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit im Vergleich zu PEEK und Titan bei. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 38 ]} Bestimmte Zusammensetzungen dieses Materials weisen antibakterielle ^{[ 39 ]} , antimykotische ^{[ 40 ]} oder antivirale Eigenschaften auf. ^{[ 41 ]}

Die erste bedeutende Anwendung von Si₃N₄Siliziumnitrid wird aufgrund seiner Härte, thermischen Stabilität und Verschleißfestigkeit als Werkstoff für Schneidwerkzeuge eingesetzt . Es eignet sich besonders für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Gusseisen . Warmhärte , Bruchzähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit ermöglichen das Schneiden von Gusseisen, Hartstahl und Nickelbasislegierungen mit bis zu 25-mal höheren Schnittgeschwindigkeiten als mit herkömmlichen Werkstoffen wie Wolframcarbid . ^{[ 16 ]}₃N₄Die Verwendung von Schneidwerkzeugen hat die Fertigungsleistung erheblich beeinflusst. Beispielsweise konnte durch das Planfräsen von Grauguss mit Siliziumnitrid-Wendeschneidplatten die Schnittgeschwindigkeit verdoppelt, die Werkzeugstandzeit von einem auf sechs Teile pro Schneide erhöht und die durchschnittlichen Kosten der Wendeschneidplatten im Vergleich zu herkömmlichen Hartmetallwerkzeugen um 50 % gesenkt werden . ^{[ 9 ] [ 27 ]}

Siliziumnitrid wird häufig als Isolator und chemische Barriere bei der Herstellung integrierter Schaltungen , zur elektrischen Trennung verschiedener Strukturen oder als Ätzmaske in der Mikrobearbeitung eingesetzt . Als Passivierungsschicht für Mikrochips ist es Siliziumdioxid überlegen , da es eine deutlich bessere Diffusionsbarriere gegen Wassermoleküle und Natriumionen darstellt – zwei Hauptursachen für Korrosion und Instabilität in der Mikroelektronik. Es wird außerdem als Dielektrikum zwischen Polysiliziumschichten in Kondensatoren analoger Chips verwendet. ^{[ 42 ]}

Mittels LPCVD abgeschiedenes Siliziumnitrid enthält bis zu 8 % Wasserstoff. Es ist zudem starken Zugspannungen ausgesetzt , die bei Schichten mit einer Dicke von mehr als 200 nm zu Rissen führen können. Allerdings weist es einen höheren spezifischen Widerstand und eine höhere Durchschlagsfestigkeit auf als die meisten in der Mikrofertigung üblicherweise verwendeten Isolatoren (10 ^¹⁶ Ω ·cm bzw. 10 MV/cm). ^{[ 10 ]}

Nicht nur Siliziumnitrid, sondern auch verschiedene ternäre Verbindungen aus Silizium, Stickstoff und Wasserstoff (SiN _x H _y ) werden als Isolierschichten verwendet. Sie werden mittels Plasmaabscheidung durch folgende Reaktionen aufgebracht: ^{[ 10 ]}

2 SiH₄(g) + N₂(g) → 2 SiNH(s) + 3 H₂(G)

SiH₄(g) + NH₃(g) → SiNH(s) + 3 H₂(G)

Diese SiNH-Schichten weisen eine deutlich geringere Zugspannung, aber schlechtere elektrische Eigenschaften auf (spezifischer Widerstand 10⁶ ^bis 10¹⁵ ^Ω  ·cm und Durchschlagsfestigkeit 1 bis 5 MV/cm) ^{[ 10 ] [ 43 ]} und sind unter bestimmten physikalischen Bedingungen bis zu hohen Temperaturen thermisch stabil. Siliziumnitrid wird auch im xerografischen Verfahren als eine der Schichten der Fototrommel verwendet ^{[ 44 ]} . Darüber hinaus dient Siliziumnitrid als Zündquelle für Haushaltsgasgeräte ^{[ 45 ]} . Aufgrund seiner guten elastischen Eigenschaften ist Siliziumnitrid neben Silizium und Siliziumdioxid das am häufigsten verwendete Material für Cantilever – die Sensorelemente von Rasterkraftmikroskopen ^{[ 46 ]} .

Solarzellen werden häufig mit einer Antireflexionsschicht versehen . Hierfür kann Siliziumnitrid verwendet werden, dessen Brechungsindex durch Variation der Parameter des Abscheidungsprozesses angepasst werden kann. ^{[ 47 ]}

Photonische integrierte Schaltungen lassen sich aus verschiedenen Materialien, sogenannten Materialplattformen, herstellen. Siliziumnitrid ist neben beispielsweise Silizium und Indiumphosphid eine dieser Materialplattformen . Photonische integrierte Schaltungen aus Siliziumnitrid weisen eine breite spektrale Abdeckung und geringe Lichtverluste auf. ^{[ 48 ]} Dadurch eignen sie sich hervorragend für Detektoren, Spektrometer, Biosensoren und Quantencomputer. Die niedrigsten bisher in SiN berichteten Ausbreitungsverluste (0,1 dB/cm bis hinunter zu 0,1 dB/m) wurden mit den TriPleX-Wellenleitern von LioniX International erzielt. ^{[ 49 ]}

Siliziumnitrid hat sich als vielversprechende Plattform für hochbeanspruchte Dünnschichtmembranbauelemente erwiesen . [ ^{50 ] [ 51 ] Diese} Bauelemente wurden als Sensoren in einer Vielzahl wissenschaftlicher Experimente eingesetzt, darunter Spektroskopieanwendungen [ ^{52 ] und} die Suche nach Dunkler Materie . ^{[ 53 ]}

Die erste Synthese von Siliciumnitrid wurde 1857 von Henri Etienne Sainte-Claire Deville und Friedrich Wöhler beschrieben . ^{[ 54 ]} Bei ihrem Verfahren wurde Silicium in einem Tiegel erhitzt, der sich in einem weiteren, mit Kohlenstoff gefüllten Tiegel befand, um das Eindringen von Sauerstoff in den inneren Tiegel zu verhindern. Sie berichteten über ein Produkt, das sie Siliciumnitrid nannten, ohne jedoch dessen chemische Zusammensetzung anzugeben. Paul Schuetzenberger beschrieb als Erster ein Produkt mit der Zusammensetzung des Tetranitrids Si ₄.₃N₄1879 wurde Silizium durch Erhitzen von Silizium mit Brasque (einer Paste aus Holzkohle, Kohle oder Koks und Ton, die zum Auskleiden von Tiegeln verwendet wird) in einem Hochofen gewonnen. 1910 erzeugten Ludwig Weiss und Theodor Engelhardt Silizium unter reinem Stickstoff .₃N₄. ^{[ 55 ]} E. Friederich und L. Sittig stellten Si ₃ N ₄ im Jahr 1925 durch carbothermische Reduktion unter Stickstoff her, d. h. durch Erhitzen von Siliciumdioxid, Kohlenstoff und Stickstoff bei 1250–1300 °C.

Siliziumnitrid blieb jahrzehntelang lediglich eine chemische Kuriosität, bevor es kommerziell eingesetzt wurde. Von 1948 bis 1952 meldete die Carborundum Company in Niagara Falls, New York, mehrere Patente für die Herstellung und Anwendung von Siliziumnitrid an. ^{[ 9 ]} Ab 1958 produzierte Haynes ( Union Carbide ) Siliziumnitrid kommerziell für Thermoelementrohre , Raketendüsen sowie Schmelztiegel und -behälter für Metalle. Die britischen Forschungsarbeiten zu Siliziumnitrid, die 1953 begannen, zielten auf Hochtemperaturbauteile von Gasturbinen ab und führten zur Entwicklung von reaktionsgebundenem und heißgepresstem Siliziumnitrid. 1971 erteilte die Advanced Research Projects Agency des US-Verteidigungsministeriums Ford und Westinghouse einen Auftrag über 17 Millionen US-Dollar für zwei keramische Gasturbinen. ^{[ 56 ]}

Obwohl die Eigenschaften von Siliziumnitrid gut bekannt waren, wurde sein natürliches Vorkommen erst in den 1990er Jahren als winzige Einschlüsse (etwa 2  μm × 0,5 μm groß) in Meteoriten entdeckt. Das Mineral wurde nach dem Pionier der Massenspektrometrie , Alfred O. C. Nier , als Nierit benannt . ^{[ 57 ]} Möglicherweise wurde dieses Mineral bereits früher, ebenfalls ausschließlich in Meteoriten, von sowjetischen Geologen nachgewiesen. ^{[ 58 ]}

• Peng, Hong (2004). Funkenplasmasintern von Si₃N₄ _- basierten _Keramiken : Sintermechanismus – Mikrostrukturmodifizierung – Eigenschaftenbewertung (Dissertation). Universität Stockholm. ISBN 978-91-7265-834-9Die