Nitruro di silicio contro carburo di silicio- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

Nitruro di silicio ( $Sì_{3} N_{4}$ ) E Carburo di silicio ( $SìC$ ) sono due Materiali ceraMici avanzati rinomati per le loro proprietà eccezionali, che li rendono indispensabili nelle applicazioni industriali più impegnative in cui i metalli e i polimeri tradizionali falliscono. Sebbene entrambi condividano una base di silicio e offrano prestazioni superiori alle alte temperature, le loro composizioni specifiche e strutture cristalline portano a caratteristiche distinte che ne dettano i rispettivi usi.

Composizione e struttura

Nitruro di silicio è un composto chimico di silicio e azoto, tipicamente con la formula $Sì_{3} N_{4}$ . Presenta una struttura cristallina complessa, con due forme primarie, $α$ - E $β$ -nitruro di silicio, con il $β$ -la forma è la più comune per le applicazioni ad alte prestazioni grazie ai suoi grani aghiformi che resistono alla propagazione delle cricche. Il materiale viene sintetizzato attraverso vari metodi, tra cui la nitrurazione diretta della polvere di silicio o la reazione del tetracloruro di silicio e dell'ammoniaca.

Carburo di silicio è un composto di silicio e carbonio, che forma una rete covalente solida. Esiste in numerosi politipi, quello più comune $α$ -SìC e $β$ -SìC. La sua struttura è analoga al diamante, contribuendo alla sua estrema durezza. Presente in natura $SiC$ è estremamente raro (noto come minerale moissanite), quindi il materiale industriale è quasi interamente sintetico, comunemente prodotto tramite il processo Acheson.

Principali proprietà meccaniche e termiche

Entrambe le ceramiche possiedono proprietà eccezionali, ma un confronto diretto evidenzia le differenze principali:

Proprietà	Nitruro di silicio ( $Sì_{3} N_{4}$ )	Sìlicon Carbide ( $SìC$ )
Durezza (Mohs)	$8 - 9$	$\approx 9 - 9.5$
Resistenza alla frattura	$\approx 6 - 8 MPa m$	$\approx 3 - 5 MPa m$
Conducibilità termica	Basso ( $\approx 20 - 30 W / mK$ )	Alto ( $\approx 120 - 200 W / mK$ )
Dilatazione termica	Molto basso	Molto basso
Resistenza alle alte temperature	Eccellente (mantiene la forza fino a $\approx 140 0^{\circ} C$ )	Eccellente (mantiene la forza fino a $\approx 160 0^{\circ} C$ )

IL $Sì_{3} N_{4}$ il prodotto è noto per la sua tenacità alla frattura superiore E elevata resistenza agli shock termici . Questa elevata tenacità, che significa che il materiale è più resistente ai guasti catastrofici dovuti a crepe interne, è un vantaggio significativo rispetto a molte altre ceramiche, tra cui $SiC$ , in applicazioni che comportano notevoli sollecitazioni meccaniche o rapidi cambiamenti di temperatura.

Al contrario, $SiC$ è apprezzato per il suo durezza estrema , secondo solo al diamante e al nitruro di boro, e il suo eccezionale conducibilità termica . IL high thermal conductivity makes $SiC$ ideale per la dissipazione del calore in componenti elettronici e applicazioni che richiedono un efficace trasferimento di calore.

Applicazioni nell'industria

Le distinte proprietà di queste due ceramiche le portano a dominare settori diversi, ma a volte sovrapposti:

Nitruro di silicio Applications

Nitruro di silicio la combinazione di elevata resistenza, bassa densità ed eccezionale resistenza agli shock termici lo rende il materiale preferito per:

Componenti del motore: Rotori di turbocompressori, candelette e valvole nei motori diesel e benzina, dove l'elevato rapporto resistenza/peso e la stabilità termica offrono miglioramenti delle prestazioni.
Cuscinetti: In ambienti ad alta velocità, ad alta temperatura e corrosivi, $Sì_{3} N_{4}$ sfere e rulli sono superiori all'acciaio grazie alla loro minore densità (riducendo le forze centrifughe) e alla maggiore durata.
Movimentazione del metallo fuso: Le sue proprietà non bagnanti e la stabilità chimica lo rendono eccellente per l'uso in crogioli, tubi e componenti di forni nella lavorazione dell'alluminio e dei metalli non ferrosi.

Carburo di silicio Applications

Carburo di silicio è preferito per le applicazioni che richiedono la massima durezza, resistenza all'usura ed elevata gestione termica:

Abrasivi e Smerigliatura: A causa della sua estrema durezza, è ampiamente utilizzato negli utensili da taglio, nelle mole e nelle polveri per lappatura.
Elettronica di potenza: L'ampio gap di banda, l'elevata mobilità degli elettroni e l'elevata conduttività termica lo rendono un materiale rivoluzionario per semiconduttori (diodi, MOSFET) ad alta potenza, alta frequenza e alta temperatura che sono fondamentali nei veicoli elettrici e negli inverter solari.
Elementi riscaldanti: Utilizzato in forni e forni industriali per la sua capacità di mantenere la resistenza a temperature molto elevate.
Armatura: La sua elevata durezza e bassa densità lo rendono un materiale efficace per le piastre di riscontro in ceramica.

In sintesi, sebbene sia il nitruro di silicio che il carburo di silicio rappresentino l'apice della ceramica avanzata, vengono generalmente selezionati in base a criteri prestazionali specifici. Nitruro di silicio eccelle dove resistenza allo shock termico e tenacità alla frattura sono fondamentali, mentre Carburo di silicio è il chiaro vincitore per durezza estrema, resistenza all'abrasione e gestione termica ad alta potenza in elettronica.