在恶劣环境下的数据采集和信号传输一直是整个工程领域制造商的痛点。随着开发人员继续推动技术的发展，对下一代传感解决方案的需求只会呈指数性增长。像氮化硅(Si3N4)这样的技术陶瓷将帮助尖端应用领域的新型传感器开发人员。但是，当今传感技术面临的主要挑战是什么?氮化硅陶瓷又能起到什么作用呢?
航空领域的传感挑战
以航空航天业为例。飞机在飞行中将受大气扰动影响，如湍流和风切变、常规压力变化、持续的热循环和水分进入的风险。所有这些都给机身、推进系统和控制/监控系统的传感元件带来了巨大的压力。
硅基微电子平台是现有航天传感基础设施的重要组成部分，但它们在恶劣环境中的局限性日益暴露。这些问题只会变得更加明显，因为我们已经进入了超音速和高超音速飞行的时代。
下一代航空航天和国防
目前商业公司与政府正在进行中的航空超音速飞行的研发，似乎注定要为上述的因素而增加成倍的压力。用于军事用途的高超音速飞机将是一个更大的挑战，迫使制造商去应对关键的气动热力学问题，例如极端的速度和接近2000°C(3632°F)的温度。因此需要新的材料来替代或支持现有的电子子系统和传感元件，以保持高速飞机在途中的完整性和性能。
氮化硅:传感新高度
先进陶瓷早已应用于航空航天和国防的前沿领域。例如氮化硅就提供了一个出色的多方面的热力学性能，可以和电气性能完美结合以适应恶劣环境下高海拔，高速飞行的要求。
氮化硅已经被部署作为装甲镀层和透明雷达罩，用于飞机和导弹领域。但现在可以在喷气发动机中看到越来越多复杂的，以氮化硅为基础的部件，这些部件切实减轻了发动机重量，显著提高了燃油效率。我们甚至开始看到基于先进的氮化硅微电子平台的下一代尖端间隙传感器和鼻装传感阵列的实现。
氮化硅陶瓷在航空航天和国防领域的内在价值在于其优异的热机械性能和耐腐蚀性能。这也适用于硅氮化物的衍生物，如硅铝氧氮聚合材料（赛隆陶瓷）。除此之外，这些衍生的等结构陶瓷还具有易于制造和性能优越的优点。
例如，Syalon 101是一种高密度的β相硅铝氧氮聚合材料，具有高抗压强度(3500 MPa)，可以承受超过1000°C的常规工作温度。由于Syalon 101具有优异的性能，通常用于保护敏感元件不受恶劣工作条件的影响，而不会影响其电气性能。在熔炉环境和苛刻的化学处理生产线上，商业和军事OEM厂商可能会利用这种氮化硅基陶瓷作为下一代压力、扭矩、温度、位置、超声波和/或振动传感解决方案。
新闻来源: https://www.syalons.com/2020/11/30/silicon-nitride-future-sensing-harsh-environments/
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