Silisyum Nitrür ve Silisyum Karbür- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

SilisyuM Nitrür ( $Si_{3} N_{4}$ ) Ve SilisyuM Karbür ( $SiC$ ) olağanüstü özellikleriyle tanınan, geleneksel metallerin ve polimerlerin başarısız olduğu zorlu endüstriyel uygulamalarda onları vazgeçilmez kılan iki gelişmiş seramik malzemedir. Her ikisi de bir silikon tabanı paylaşıyor ve yüksek sıcaklıklarda üstün performans sunuyor olsa da, bunların özel bileşimleri ve kristal yapıları, ilgili kullanımlarını belirleyen farklı özelliklere yol açmaktadır.

Kompozisyon ve Yapı

Silisyum Nitrür tipik olarak aşağıdaki formüle sahip, silikon ve nitrojenden oluşan kimyasal bir bileşiktir $Si_{3} N_{4}$ . İki ana formdan oluşan karmaşık bir kristal yapıya sahiptir. $a$ - Ve $β$ -silisyum nitrür ile $β$ -form, çatlak ilerlemesine direnen iğne benzeri tanecikleri nedeniyle yüksek performanslı uygulamalar için en yaygın olanıdır. Malzeme, silikon tozunun doğrudan nitridasyonu veya silikon tetraklorür ile amonyağın reaksiyonu dahil olmak üzere çeşitli yöntemlerle sentezlenir.

Silisyum Karbür kovalent bir ağ katısı oluşturan bir silikon ve karbon bileşiğidir. Çok sayıda politipte bulunur; en yaygın olanı $a$ -SiC ve $β$ -SiC. Yapısı elmasa benzer ve bu da onun aşırı sertliğine katkıda bulunur. Doğal olarak meydana gelen $SiC$ son derece nadirdir (mineral mozanit olarak bilinir), dolayısıyla endüstriyel malzeme neredeyse tamamen sentetiktir ve genellikle Acheson işlemiyle üretilir.

Temel Mekanik ve Termal Özellikler

Her iki seramik de olağanüstü özelliklere sahiptir, ancak doğrudan bir karşılaştırma temel farklılıkları vurgular:

Mülk	SilisyuM Nitrür ( $Si_{3} N_{4}$ )	SilisyuM Karbür ( $SiC$ )
Sertlik (Mohs)	$8 - 9$	$\approx 9 - 9.5$
Kırılma Tokluğu	$\approx 6 - 8 MPa m$	$\approx 3 - 5 MPa m$
Isı İletkenliği	Düşük ( $\approx 20 - 30 K / mK$ )	Yüksek ( $\approx 120 - 200 K / mK$ )
Termal Genleşme	Çok Düşük	Çok Düşük
Yüksek Sıcaklık Dayanımı	Mükemmel (gücünü korur $\approx 140 0^{\circ} C$ )	Mükemmel (gücünü korur $\approx 160 0^{\circ} C$ )

$Si_{3} N_{4}$ ürün onun için bilinir üstün kırılma tokluğu Ve termal şoka karşı yüksek direnç . Malzemenin iç çatlaklardan kaynaklanan yıkıcı arızalara karşı daha dirençli olduğu anlamına gelen bu yüksek tokluk, diğer birçok seramiğe göre önemli bir avantajdır; $SiC$ Önemli mekanik stres veya hızlı sıcaklık değişiklikleri içeren uygulamalarda.

Tam tersine, $SiC$ onun için ödüllendirilir aşırı sertlik elmas ve bor nitrürden sonra ikinci sırada yer alır ve olağanüstü termal iletkenlik . high thermal conductivity makes $SiC$ Etkili ısı transferi gerektiren elektronik bileşenlerde ve uygulamalarda ısı dağıtımı için idealdir.

Endüstrideki Uygulamalar

Bu iki seramiğin farklı özellikleri, onların farklı ama bazen örtüşen sektörlere hakim olmalarına yol açıyor:

Silisyum Nitrür Applications

Silisyum Nitrür yüksek mukavemet, düşük yoğunluk ve termal şoka karşı olağanüstü direncin birleşimi, onu aşağıdakiler için tercih edilen malzeme haline getirir:

Motor Bileşenleri: Dizel ve benzinli motorlardaki turboşarj rotorları, kızdırma bujileri ve valfleri, yüksek güç/ağırlık oranı ve termal kararlılığıyla performans artışı sağlar.
Rulmanlar: Yüksek hız, yüksek sıcaklık ve aşındırıcı ortamlarda, $Si_{3} N_{4}$ Bilyalar ve makaralar, daha düşük yoğunlukları (merkezkaç kuvvetlerini azaltır) ve daha uzun ömürleri nedeniyle çelikten üstündür.
Erimiş Metal İşleme: Islanmama özellikleri ve kimyasal stabilitesi onu alüminyum ve demir dışı metal işlemede potalar, tüpler ve fırın bileşenlerinde kullanım için mükemmel kılar.

Silisyum Karbür Applications

Silisyum Karbür maksimum sertlik, aşınma direnci ve yüksek termal yönetim gerektiren uygulamalar için tercih edilir:

Aşındırıcılar ve Taşlama: Aşırı sertliği nedeniyle kesici takımlarda, taşlama taşlarında ve alıştırma tozlarında yaygın olarak kullanılır.
Güç Elektroniği: Geniş bant aralığı, yüksek elektron hareketliliği ve yüksek termal iletkenliği, onu elektrikli araçlarda ve güneş enerjili invertörlerde kritik olan yüksek güç, yüksek frekans ve yüksek sıcaklık yarı iletkenleri (diyotlar, MOSFET'ler) için devrim niteliğinde bir malzeme haline getiriyor.
Isıtma Elemanları: Çok yüksek sıcaklıklarda mukavemetini koruyabilmesi nedeniyle endüstriyel fırın ve fırınlarda kullanılır.
Vücut Zırhı: Yüksek sertliği ve düşük yoğunluğu onu seramik kilit karşılıkları için etkili bir malzeme haline getirir.

Özetle, Silisyum Nitrür ve Silisyum Karbür gelişmiş seramiklerin zirvesini temsil ederken, genellikle belirli performans kriterlerine göre seçilirler. Silisyum Nitrür nerede üstün termal şok direnci ve kırılma tokluğu her şeyden önemli, halbuki Silisyum Karbür açık ara kazanan aşırı sertlik, aşınma direnci ve yüksek güçlü termal yönetim elektronik alanında.