Silicon Nitride vs Silicon Carbide

SIlikon nitrida ( ${\text{SI}}_3{\text{N}}_4$ ) dan Karbida silikon ( $\text{SIc}$ ) adalah dua bahan seramik maju yang terkenal dengan sifat luar biasa mereka, menjadikan mereka sangat diperlukan dalam menuntut aplikasi perindustrian di mana logam dan polimer tradisional gagal. Walaupun kedua -duanya berkongsi asas silikon dan menawarkan prestasi unggul pada suhu tinggi, komposisi khusus dan struktur kristal membawa kepada ciri -ciri yang berbeza yang menentukan kegunaan masing -masing.

Komposisi dan struktur

SIlikon nitrida adalah sebatian kimia silikon dan nitrogen, biasanya dengan formula ${\text{SI}}_3{\text{N}}_4$ . Ia mempunyai struktur kristal yang kompleks, dengan dua bentuk utama, $\alpha$ - dan $\beta$ -Silicon nitride, dengan $\beta$ -Form menjadi yang paling biasa untuk aplikasi berprestasi tinggi kerana biji-bijian seperti jarum yang menentang penyebaran retak. Bahan ini disintesis melalui pelbagai kaedah, termasuk nitridasi langsung serbuk silikon atau reaksi silikon tetrachloride dan ammonia.

Silicon Carbide adalah sebatian silikon dan karbon, membentuk pepejal rangkaian kovalen. Ia wujud dalam pelbagai polytypes, makhluk yang paling biasa $\alpha$ -Sic dan $\beta$ -Sic. Strukturnya sama dengan berlian, menyumbang kepada kekerasannya yang melampau. Secara semula jadi berlaku $\text{Sic}$ sangat jarang berlaku (dikenali sebagai moissanite mineral), jadi bahan perindustrian hampir sepenuhnya sintetik, biasanya dihasilkan melalui proses acheson.

Sifat mekanikal dan terma utama

Kedua -dua seramik mempunyai sifat cemerlang, tetapi perbdaningan langsung menyoroti perbezaan utama:

The ${\text{SI}}_3{\text{N}}_4$ Produk terkenal kerana Ketangguhan patah yang unggul dan Rintangan tinggi terhadap kejutan terma . Ketangguhan yang tinggi ini, yang bermaksud bahan lebih tahan terhadap kegagalan bencana dari keretakan dalaman, adalah kelebihan yang signifikan terhadap banyak seramik lain, termasuk $\text{Sic}$ , dalam aplikasi yang melibatkan tekanan mekanikal yang signifikan atau perubahan suhu pesat.

Sebaliknya, $\text{Sic}$ dihargai untuknya kekerasan yang melampau , kedua hanya untuk berlian dan boron nitride, dan kekonduksian terma yang luar biasa . Kekonduksian terma yang tinggi membuat $\text{Sic}$ Ideal untuk pelesapan haba dalam komponen elektronik dan aplikasi yang memerlukan pemindahan haba yang berkesan.

Aplikasi dalam industri

Ciri -ciri yang berbeza dari kedua -dua seramik ini membawa mereka untuk menguasai sektor yang berbeza, namun kadang -kadang bertindih:

SIlikon nitrida Applications

Silikon nitrida Gabungan kekuatan tinggi, ketumpatan rendah, dan ketahanan yang luar biasa terhadap kejutan terma menjadikannya bahan pilihan untuk:

• Komponen enjin: Rotor turbocharger, palam cahaya, dan injap dalam enjin diesel dan petrol, di mana nisbah kekuatan-ke-beratnya dan kestabilan haba menawarkan keuntungan prestasi.
• Galas: Dalam persekitaran berkelajuan tinggi, suhu tinggi, dan menghakis, ${\text{SI}}_3{\text{N}}_4$ Bola dan penggelek lebih tinggi daripada keluli kerana ketumpatannya yang lebih rendah (mengurangkan daya sentrifugal) dan kehidupan yang lebih lama.
• Pengendalian logam cair: Ciri-ciri yang tidak membasahi dan kestabilan kimia menjadikannya sangat baik untuk digunakan dalam komponen crucibles, tiub, dan relau dalam pemprosesan logam aluminium dan bukan ferus.

Aplikasi Silicon Carbide

Silicon Carbide lebih disukai untuk aplikasi yang menuntut kekerasan maksimum, rintangan haus, dan pengurusan terma yang tinggi:

• Abrasif dan pengisaran: Oleh kerana kekerasannya yang melampau, ia digunakan secara meluas dalam alat pemotongan, roda pengisaran, dan serbuk.
• Elektronik kuasa: Bandgap yang luas, pergerakan elektron yang tinggi, dan kekonduksian terma yang tinggi menjadikannya bahan revolusioner untuk kuasa tinggi, frekuensi tinggi, dan semikonduktor suhu tinggi (diod, MOSFET) yang penting dalam kenderaan elektrik dan penyongsang solar.
• Unsur pemanasan: Digunakan dalam relau perindustrian dan tanur kerana keupayaannya untuk mengekalkan kekuatan pada suhu yang sangat tinggi.
• Perisai badan: Kekerasan yang tinggi dan ketumpatan rendah menjadikannya bahan yang berkesan untuk plat mogok seramik.

Ringkasnya, sementara kedua -dua silikon nitrida dan karbida silikon mewakili puncak seramik maju, mereka biasanya dipilih berdasarkan kriteria prestasi tertentu. Silikon nitrida unggul di mana rintangan kejutan haba dan ketangguhan patah adalah yang paling penting, sedangkan Silicon Carbide adalah pemenang yang jelas untuk kekerasan yang melampau, rintangan lelasan, dan pengurusan terma kuasa tinggi dalam elektronik.