Piinitridi vs. piikarbidi- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

piinitridi ( $Si_{3} N_{4}$ ) ja piikarbidi ( $SiC$ ) ovat kaksi edistyksellistä keraamista materiaalia, jotka tunnetaan poikkeuksellisista ominaisuuksistaan, mikä tekee niistä välttämättömiä vaativissa teollisissa sovelluksissa, joissa perinteiset metallit ja polymeerit epäonnistuvat. Vaikka molemmilla on yhteinen piipohja ja ne tarjoavat erinomaisen suorituskyvyn korkeissa lämpötiloissa, niiden erityiset koostumukset ja kiderakenteet johtavat erilaisiin ominaisuuksiin, jotka sanelevat niiden käyttötarkoitukset.

Koostumus ja rakenne

Piinitridi on piin ja typen kemiallinen yhdiste, jolla on tyypillisesti kaava $Si_{3} N_{4}$ . Siinä on monimutkainen kiderakenne, jossa on kaksi päämuotoa, $α$ - ja $β$ -piinitridi, jossa $β$ -muoto on yleisin korkean suorituskyvyn sovelluksissa sen neulamaisten rakeiden vuoksi, jotka vastustavat halkeaman etenemistä. Materiaali syntetisoidaan eri menetelmillä, mukaan lukien piijauheen suora nitridointi tai piitetrakloridin ja ammoniakin reaktio.

Piikarbidi on piin ja hiilen yhdiste, joka muodostaa kovalenttisen verkkokiintoaineen. Sitä esiintyy useissa polytyypeissä, yleisin niistä $α$ -SiC ja $β$ -SiC. Sen rakenne on analoginen timantin kanssa, mikä edistää sen äärimmäistä kovuutta. Luonnollisesti esiintyvä $SiC$ on erittäin harvinainen (tunnetaan mineraalimoissaniittina), joten teollinen materiaali on lähes kokonaan synteettistä, yleisesti valmistettu Acheson-prosessilla.

Tärkeimmät mekaaniset ja lämpöominaisuudet

Molemmilla keramiikalla on erinomaisia ominaisuuksia, mutta suora vertailu tuo esiin tärkeimmät erot:

Omaisuus	piinitridi ( $Si_{3} N_{4}$ )	piikarbidi ( $SiC$ )
Kovuus (Mohs)	$8 - 9$	$\approx 9 - 9.5$
Murtumislujuus	$\approx 6 - 8 MPa m$	$\approx 3 - 5 MPa m$
Lämmönjohtavuus	Matala ( $\approx 20 - 30 W / mK$ )	Korkea ( $\approx 120 - 200 W / mK$ )
Lämpölaajeneminen	Erittäin alhainen	Erittäin alhainen
Korkean lämpötilan lujuus	Erinomainen (säilyttää voiman aina $\approx 140 0^{\circ} C$ )	Erinomainen (säilyttää voiman aina $\approx 160 0^{\circ} C$ )

The $Si_{3} N_{4}$ tuote on tunnettu sen ylivoimainen murtolujuus ja korkea lämmönkestävyys . Tämä korkea sitkeys, mikä tarkoittaa, että materiaali kestää paremmin sisäisten halkeamien aiheuttamia katastrofaalisia vaurioita, on merkittävä etu verrattuna moniin muihin keramiikkaan, mukaan lukien $SiC$ , sovelluksissa, joihin liittyy merkittävää mekaanista rasitusta tai nopeita lämpötilan muutoksia.

päinvastoin, $SiC$ on arvostettu sen vuoksi äärimmäinen kovuus , toiseksi vain timantin ja boorinitridin jälkeen, ja sen poikkeuksellinen lämmönjohtavuus . Korkea lämmönjohtavuus tekee $SiC$ ihanteellinen lämmönpoistoon elektronisissa komponenteissa ja sovelluksissa, jotka vaativat tehokasta lämmönsiirtoa.

Sovellukset teollisuudessa

Näiden kahden keramiikan erilliset ominaisuudet saavat ne hallitsemaan erilaisia, mutta joskus päällekkäisiä sektoreita:

Piinitridi Applications

Piinitridi Korkean lujuuden, alhaisen tiheyden ja erinomaisen lämpöiskun kestävyyden yhdistelmä tekee siitä materiaalin valinnan:

Moottorin osat: Turboahtimen roottorit, hehkutulpat ja venttiilit diesel- ja bensiinimoottoreissa, joissa sen korkea lujuus-painosuhde ja lämpöstabiilisuus parantavat suorituskykyä.
Laakerit: Nopeissa, korkeissa lämpötiloissa ja syövyttävissä ympäristöissä, $Si_{3} N_{4}$ kuulat ja rullat ovat terästä parempia alhaisemman tiheyteensä (keskipakovoimien vähentäminen) ja pidemmän käyttöiän ansiosta.
Sulan metallin käsittely: Sen kostumattomat ominaisuudet ja kemiallinen stabiilisuus tekevät siitä erinomaisen käytettävän upokkaissa, putkissa ja uunin komponenteissa alumiinin ja ei-rautametallien käsittelyssä.

Piikarbidi Applications

Piikarbidi on suositeltava sovelluksissa, jotka vaativat maksimaalista kovuutta, kulutuskestävyyttä ja korkeaa lämmönhallintaa:

Hioma-aineet ja hionta: Äärimmäisen kovuutensa ansiosta sitä käytetään laajalti leikkaustyökaluissa, hiomalaikoissa ja läppäysjauheissa.
Tehoelektroniikka: Sen laaja kaistaväli, suuri elektronien liikkuvuus ja korkea lämmönjohtavuus tekevät siitä vallankumouksellisen materiaalin suuritehoisille, korkeataajuuksisille ja korkean lämpötilan puolijohteille (diodeille, MOSFET:ille), jotka ovat kriittisiä sähköajoneuvoissa ja aurinkoinverttereissä.
Lämmityselementit: Käytetään teollisuusuuneissa ja uuneissa, koska se pystyy säilyttämään lujuuden erittäin korkeissa lämpötiloissa.
Vartalosuojat: Sen korkea kovuus ja alhainen tiheys tekevät siitä tehokkaan materiaalin keraamisille iskulevyille.

Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka sekä piinitridi että piikarbidi edustavat edistyneen keramiikan huippua, ne valitaan yleensä tiettyjen suorituskykykriteerien perusteella. Piinitridi loistaa missä lämpöiskun kestävyys ja murtolujuus ovat ensiarvoisen tärkeitä, kun taas Piikarbidi on selvä voittaja äärimmäinen kovuus, kulutuskestävyys ja suuritehoinen lämmönhallinta elektroniikassa.