Nitruri to materiały, w których podstawowym pierwiastkiem jest Azot (symbol N, od łac. Nitrogenum). Można wyróżnić trzy grupy materiałów zwanych nitrydami:
- Ceramiczne na bazie krzemu, takie jak azotek krzemu
- Ceramiczne na bazie glinu, jak azotek glinu
- Azotki boru i tytanu
Obserwacja obowiązkowa dotycząca azotków dotyczy spiekania lub wypalania: z wyjątkiem techniki tłoczenia na gorąco, spiekanie azotków wymaga dodatku tlenków, które ułatwiają konsolidację, dlatego technicznie często nie są to czyste azotki, ale zawierają niepomijalne ilości innych substancji, które wpływają na ich właściwości. Azotek krzemu ma dwie odmiany, zwane alfa i beta, przy czym ta druga jest bardziej stabilna w wysokich temperaturach (faza beta tworzy się nieodwracalnie w 1400 °C).
Azotek krzemu jest materiałem szeroko stosowanym w dziedzinie łożysk ceramicznych ze względu na jego właściwości, takie jak wysoka twardość, niska rozszerzalność cieplna i odporność na ścieranie. W szczególności azotek krzemu jest używany do produkcji kulek zarówno w łożyskach całkowicie wykonanych z azotku krzemu, jak i w łożyskach hybrydowych, w których pierścienie są wykonane ze stali lub innych materiałów ceramicznych, takich jak cyrkon. Gęstość azotku krzemu wynosi połowę gęstości stali, co zapewnia zmniejszenie naprężeń i umożliwia zastosowanie przy bardzo wysokich prędkościach obrotowych. Doskonałe właściwości izolacyjne elektryczne czynią go doskonałym materiałem do redukcji korozji, zwłaszcza w aplikacjach takich jak silniki elektryczne. Ponadto, jako materiał niemagnetyczny, jest idealny do łożysk w zastosowaniach, gdzie należy unikać interferencji z urządzeniami magnetycznymi.
Bardzo interesującym materiałem z rodziny azotków mieszanych jest SiAlON, który w rzeczywistości reprezentuje grupę związków ceramicznych, spiekanych do pełnej gęstości, mających za podstawę azotek krzemu, ale z dodatkiem dodatków w postaci tlenków, takich jak tlenek itrowy, tlenek glinu i tlenek krzemu. Także SiAlON, podobnie jak proste azotki krzemu, występują w dwóch formach alfa i beta.
Zarówno dla azotków, jak i dla SiAlON, można manipulować względnymi ilościami fazy alfa i fazy beta, aby promować wzrost cząstek wewnątrz ceramiki, które przybierają wydłużony kształt, co nadaje materiałowi znaczące ulepszenia właściwości mechanicznych.
W latach 70. po raz pierwszy zaobserwowano, że odporność na pękanie monolitycznych azotków była zbyt wysoka w porównaniu z symulacjami numerycznymi; przypisano to, a następnie potwierdzono, obecności wydłużonych cząstek wewnątrz materiału. Cząstki alfa, w fazie spiekania i z dodatkiem wspomagającym konsolidację (stając się cieczą i przyspieszając wymianę masy), przekształcają się w kolcowate cząstki fazy beta.
Na poniższej figurze po lewej pokazana jest struktura ceramiczna z wszystkimi cząstkami o podobnych rozmiarach i kształtach, natomiast po prawej widoczna jest obecność cząstek kolcowatych, jak prawdziwy materiał kompozytowy wzmocniony, a w rzeczywistości właściwości mechaniczne są zdecydowanie lepsze.
Po lewej azotek krzemu z cząstkami o tej samej formie i rozmiarze, natomiast po prawej widoczna jest obecność cząstek kolcowatych.
