Nitrid kremíka vs. karbid kremíka- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

Nitrid kremíka ( $Si_{3} N_{4}$ ) a Karbid kremíka ( $SiC$ ) sú dva pokročilé keramické materiály známe svojimi výnimočnými vlastnosťami, vďaka ktorým sú nepostrádateľné v náročných priemyselných aplikáciách, kde tradičné kovy a polyméry zlyhávajú. Zatiaľ čo obe zdieľajú silikónový základ a ponúkajú vynikajúci výkon pri vysokých teplotách, ich špecifické zloženie a kryštálové štruktúry vedú k odlišným charakteristikám, ktoré určujú ich príslušné použitie.

Zloženie a štruktúra

Nitrid kremíka je chemická zlúčenina kremíka a dusíka, typicky so vzorcom $Si_{3} N_{4}$ . Vyznačuje sa komplexnou kryštálovou štruktúrou s dvoma primárnymi formami, $α$ - a $β$ -nitrid kremíka, s $β$ -forma je najbežnejšia pre vysokovýkonné aplikácie vďaka svojim ihličkovitým zrnám, ktoré odolávajú šíreniu trhlín. Materiál sa syntetizuje rôznymi metódami, vrátane priamej nitridácie kremíkového prášku alebo reakciou chloridu kremičitého a amoniaku.

Karbid kremíka je zlúčenina kremíka a uhlíka, ktorá tvorí kovalentnú sieťovú pevnú látku. Existuje v mnohých polytypoch, z ktorých najbežnejší je $α$ -SiC a $β$ -SiC. Jeho štruktúra je podobná diamantu, čo prispieva k jeho extrémnej tvrdosti. Prirodzene sa vyskytujúce $SiC$ je extrémne vzácny (známy ako minerál moissanit), takže priemyselný materiál je takmer výlučne syntetický, bežne vyrábaný Achesonovým procesom.

Kľúčové mechanické a tepelné vlastnosti

Obe keramiky majú vynikajúce vlastnosti, ale priame porovnanie poukazuje na kľúčové rozdiely:

Nehnuteľnosť	Nitrid kremíka ( $Si_{3} N_{4}$ )	Karbid kremíka ( $SiC$ )
Tvrdosť (Mohs)	$8 - 9$	$\approx 9 - 9.5$
Lomová húževnatosť	$\approx 6 - 8 MPa m$	$\approx 3 - 5 MPa m$
Tepelná vodivosť	Nízka ( $\approx 20 - 30 W / mK$ )	Vysoká ( $\approx 120 - 200 W / mK$ )
Tepelná expanzia	Veľmi nízka	Veľmi nízka
Pevnosť pri vysokej teplote	Výborná (udržuje pevnosť až $\approx 140 0^{\circ} C$ )	Výborná (udržuje pevnosť až $\approx 160 0^{\circ} C$ )

The $Si_{3} N_{4}$ produkt je známy pre svoje vynikajúca lomová húževnatosť a vysoká odolnosť voči teplotným šokom . Táto vysoká húževnatosť, čo znamená, že materiál je odolnejší voči katastrofálnemu poškodeniu z vnútorných trhlín, je významnou výhodou oproti mnohým iným keramikám, vrátane $SiC$ v aplikáciách s výrazným mechanickým namáhaním alebo rýchlymi zmenami teploty.

naopak, $SiC$ je cenený za svoje extrémna tvrdosť , na druhom mieste po diamante a nitride bóru a jeho výnimočná tepelná vodivosť . Vysoká tepelná vodivosť robí $SiC$ ideálne na odvádzanie tepla v elektronických komponentoch a aplikáciách vyžadujúcich efektívny prenos tepla.

Aplikácie v priemysle

Odlišné vlastnosti týchto dvoch keramiky vedú k tomu, že dominujú v rôznych, ale niekedy sa prekrývajúcich sektoroch:

Nitrid kremíka Applications

Nitrid kremíka kombinácia vysokej pevnosti, nízkej hustoty a vynikajúcej odolnosti voči tepelným šokom z neho robí materiál voľby pre:

Komponenty motora: Rotory turbodúchadiel, žeraviace sviečky a ventily v dieselových a benzínových motoroch, kde ich vysoký pomer pevnosti k hmotnosti a tepelná stabilita ponúkajú zvýšenie výkonu.
Ložiská: Vo vysokorýchlostnom, vysokoteplotnom a korozívnom prostredí, $Si_{3} N_{4}$ guľôčky a valčeky sú lepšie ako oceľ vďaka svojej nižšej hustote (zníženie odstredivých síl) a dlhšej životnosti.
Manipulácia s roztaveným kovom: Jeho vlastnosti proti zmáčaniu a chemická stabilita ho predurčujú na použitie v téglikoch, rúrach a komponentoch pecí pri spracovaní hliníka a neželezných kovov.

Karbid kremíka Applications

Karbid kremíka je preferovaný pre aplikácie, ktoré vyžadujú maximálnu tvrdosť, odolnosť proti opotrebovaniu a vysoký tepelný manažment:

Brúsivá a brúsenie: Vďaka svojej extrémnej tvrdosti je široko používaný v rezných nástrojoch, brúsnych kotúčoch a lapovacích práškoch.
Výkonová elektronika: Jeho široká bandgap, vysoká mobilita elektrónov a vysoká tepelná vodivosť z neho robia revolučný materiál pre vysokovýkonné, vysokofrekvenčné a vysokoteplotné polovodiče (diódy, MOSFET), ktoré sú rozhodujúce v elektrických vozidlách a solárnych invertoroch.
Vykurovacie telesá: Používa sa v priemyselných peciach a peciach kvôli svojej schopnosti udržiavať pevnosť pri veľmi vysokých teplotách.
Pancier: Jeho vysoká tvrdosť a nízka hustota z neho robia účinný materiál pre keramické úderové dosky.

Stručne povedané, zatiaľ čo nitrid kremíka aj karbid kremíka predstavujú vrchol pokročilej keramiky, vo všeobecnosti sa vyberajú na základe špecifických výkonnostných kritérií. Nitrid kremíka vyniká kde odolnosť proti tepelným šokom a lomová húževnatosť sú prvoradé, keďže Karbid kremíka je jasným víťazom extrémna tvrdosť, odolnosť proti oderu a vysoký tepelný manažment v elektronike.