Silicon Nitride so với Silicon Carbide- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

Sĩlicon Nitrua ( $Sĩ_{3} N_{4}$ ) Và Cacbua silic ( $SĩC$ ) là hai vật liệu gốtôi tiên tiến nổi tiếng với những đặc tính đặc biệt, khiến chúng không thể thiếu trong các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khắt khe, nơi tôià kim loại và polyme truyền thống không thành công. Mặc dù cả hai đều có chung đế silicon và mang lại hiệu suất vượt trội ở nhiệt độ cao, nhưng thành phần cụ thể và cấu trúc tinh thể của chúng dẫn đến những đặc điểm riêng biệt quyết định cách sử dụng tương ứng của chúng.

Thành phần và cấu trúc

Sĩlicon Nitrua là một hợp chất hóa học của silicon và nitơ, thường có công thức $Sĩ_{3} N_{4}$ . Nó có cấu trúc tinh thể phức tạp, với hai dạng chính, $α$ - Và $β$ -silicon nitrit, với $β$ -form là loại phổ biến nhất cho các ứng dụng hiệu suất cao do các hạt giống như kim của nó có khả năng chống lại sự lan truyền vết nứt. Vật liệu này được tổng hợp thông qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm quá trình nitrat hóa trực tiếp bột silicon hoặc phản ứng giữa silicon tetrachloride và amoniac.

Cacbua silic là hợp chất của silicon và carbon, tạo thành chất rắn mạng cộng hóa trị. Nó tồn tại ở nhiều dạng polytype, phổ biến nhất là $α$ -SiC và $β$ -SiC. Cấu trúc của nó tương tự như kim cương, góp phần tạo nên độ cứng cực cao của nó. Xảy ra tự nhiên $SiC$ cực kỳ hiếm (được gọi là khoáng vật moissanite), vì vậy vật liệu công nghiệp gần như hoàn toàn tổng hợp, thường được sản xuất thông qua quy trình Acheson.

Các tính chất cơ và nhiệt chính

Cả hai loại gốm sứ đều có những đặc tính vượt trội, nhưng so sánh trực tiếp sẽ nêu bật những điểm khác biệt chính:

Tài sản	Sĩlicon Nitrua ( $Sĩ_{3} N_{4}$ )	Cacbua silic ( $SĩC$ )
Độ cứng (Mohs)	$8 - 9$	$\approx 9 - 9.5$
độ dẻo dai gãy xương	$\approx 6 - 8 MPa m$	$\approx 3 - 5 MPa m$
Độ dẫn nhiệt	Thấp ( $\approx 20 - 30 W / mK$ )	Cao ( $\approx 120 - 200 W / mK$ )
Giãn nở nhiệt	Rất thấp	Rất thấp
Độ bền nhiệt độ cao	Tuyệt vời (duy trì sức mạnh lên đến $\approx 140 0^{\circ} C$ )	Tuyệt vời (duy trì sức mạnh lên đến $\approx 160 0^{\circ} C$ )

các $Sĩ_{3} N_{4}$ sản phẩm được biết đến với độ dẻo dai gãy xương vượt trội Và khả năng chống sốc nhiệt cao . Độ dẻo dai cao này, có nghĩa là vật liệu có khả năng chống lại sự hư hỏng nghiêm trọng do các vết nứt bên trong cao hơn, là một lợi thế đáng kể so với nhiều loại gốm sứ khác, bao gồm cả $SiC$ , trong các ứng dụng liên quan đến ứng suất cơ học đáng kể hoặc thay đổi nhiệt độ nhanh chóng.

Ngược lại, $SiC$ được đánh giá cao vì nó độ cứng cực cao , chỉ đứng sau kim cương và boron nitrit, và nó tính dẫn nhiệt đặc biệt . các high thermal conductivity makes $SiC$ lý tưởng để tản nhiệt trong các linh kiện điện tử và các ứng dụng cần truyền nhiệt hiệu quả.

Ứng dụng trong công nghiệp

Các đặc tính riêng biệt của hai loại gốm sứ này khiến chúng thống trị các lĩnh vực khác nhau, nhưng đôi khi chồng chéo lên nhau:

Sĩlicon Nitrua Applications

Silicon Nitride sự kết hợp giữa độ bền cao, mật độ thấp và khả năng chống sốc nhiệt vượt trội khiến nó trở thành vật liệu được lựa chọn cho:

Linh kiện động cơ: Rôto tăng áp, bugi phát sáng và van trong động cơ diesel và xăng, nơi tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao và độ ổn định nhiệt giúp tăng hiệu suất.
Vòng bi: Trong môi trường tốc độ cao, nhiệt độ cao và ăn mòn, $Sĩ_{3} N_{4}$ bi và con lăn vượt trội hơn thép do mật độ thấp hơn (giảm lực ly tâm) và tuổi thọ cao hơn.
Xử lý kim loại nóng chảy: Đặc tính không làm ướt và tính ổn định hóa học của nó khiến nó trở nên tuyệt vời khi sử dụng trong nồi nấu kim loại, ống và các bộ phận lò nung trong quá trình xử lý nhôm và kim loại màu.

Cacbua silic Applications

Cacbua silic được ưu tiên cho các ứng dụng đòi hỏi độ cứng tối đa, khả năng chống mài mòn và quản lý nhiệt cao:

Chất mài mòn và mài: Do độ cứng cực cao nên nó được sử dụng rộng rãi trong các dụng cụ cắt, đá mài và bột mài.
Điện tử công suất: Khoảng cách rộng, độ linh động điện tử cao và độ dẫn nhiệt cao khiến nó trở thành vật liệu mang tính cách mạng cho các chất bán dẫn công suất cao, tần số cao và nhiệt độ cao (điốt, MOSFET) rất quan trọng trong xe điện và bộ biến tần năng lượng mặt trời.
Yếu tố làm nóng: Được sử dụng trong các lò nung công nghiệp và lò nung do khả năng duy trì độ bền ở nhiệt độ rất cao.
Giáp cơ thể: Độ cứng cao và mật độ thấp làm cho nó trở thành vật liệu hiệu quả cho các tấm đánh gốm.

Tóm lại, mặc dù cả Silicon Nitride và Cacbua silic đều đại diện cho đỉnh cao của gốm sứ tiên tiến nhưng chúng thường được lựa chọn dựa trên các tiêu chí hiệu suất cụ thể. Silicon Nitride vượt trội ở đâu khả năng chống sốc nhiệt và độ bền gãy xương là tối quan trọng, trong khi Silicon Carbide là người chiến thắng rõ ràng cho độ cứng cực cao, khả năng chống mài mòn và quản lý nhiệt năng lượng cao trong lĩnh vực điện tử.