نیترید سیلیکون در مقابل کاربید سیلیکون

نیترید سیلیکون ( ${\text{سی}}_3{\text{ن}}_4$ ) و سیلیکون کاربید ( $\text{سیسی}$ ) دو ماده سرامیکی پیشرفته هستند که به دلیل خواص استثنایی خود مشهور هستند و آنها را در کاربردهای صنعتی سخت که در آن فلزات و پلیمرهای سنتی شکست می‌خورند ضروری می‌سازد. در حالی که هر دو پایه سیلیکونی مشترک دارند و عملکرد عالی را در دماهای بالا ارائه می دهند، ترکیبات خاص و ساختار کریستالی آنها منجر به ویژگی های متمایزی می شود که کاربردهای مربوطه را دیکته می کند.

ترکیب و ساختار

نیترید سیلیکون یک ترکیب شیمیایی از سیلیکون و نیتروژن است که به طور معمول با فرمول ${\text{سی}}_3{\text{ن}}_4$ . دارای ساختار بلوری پیچیده، با دو شکل اولیه، $\alpha$ - و $\beta$ نیترید سیلیکون، با $\beta$ - فرم به دلیل داشتن دانه های سوزنی مانند که در برابر انتشار ترک مقاومت می کند، رایج ترین شکل برای کاربردهای با کارایی بالا است. این ماده از طریق روش های مختلفی از جمله نیتریداسیون مستقیم پودر سیلیکون یا واکنش تتراکلرید سیلیکون و آمونیاک سنتز می شود.

سیلیکون کاربید ترکیبی از سیلیکون و کربن است که یک شبکه جامد کووالانسی را تشکیل می دهد. این در چند نوع مختلف وجود دارد که رایج ترین آنهاست $\alpha$ -سیسی و $\beta$ -سیC. ساختار آن مشابه الماس است و به سختی فوق العاده آن کمک می کند. به طور طبیعی رخ می دهد $\text{SiC}$ بسیار نادر است (معروف به معدنی موسانیت)، بنابراین مواد صنعتی تقریباً به طور کامل مصنوعی هستند و معمولاً از طریق فرآیند آچسون تولید می شوند.

خواص کلیدی مکانیکی و حرارتی

هر دو سرامیک دارای خواص برجسته ای هستند، اما مقایسه مستقیم تفاوت های اصلی را برجسته می کند:

را ${\text{سی}}_3{\text{ن}}_4$ محصول به دلیل آن شناخته شده است چقرمگی شکست برتر و مقاومت بالا در برابر شوک حرارتی . این چقرمگی بالا، به این معنی که ماده در برابر شکست فاجعه بار ناشی از ترک های داخلی مقاوم تر است، یک مزیت قابل توجه نسبت به بسیاری از سرامیک های دیگر از جمله $\text{SiC}$ در کاربردهایی که شامل تنش مکانیکی قابل توجه یا تغییرات سریع دما هستند.

برعکس، $\text{SiC}$ برای آن ارزشمند است سختی شدید ، پس از الماس و نیترید بور و آن دوم است هدایت حرارتی استثنایی . را high thermal conductivity makes $\text{SiC}$ ایده آل برای اتلاف گرما در قطعات الکترونیکی و کاربردهایی که نیاز به انتقال حرارت موثر دارند.

کاربردها در صنعت

ویژگی‌های متمایز این دو سرامیک باعث می‌شود که آنها بر بخش‌های مختلف و در عین حال گاهی اوقات همپوشانی داشته باشند:

نیترید سیلیکون Applications

سیلیکون نیترید ترکیبی از استحکام بالا، چگالی کم و مقاومت فوق العاده در برابر شوک حرارتی، آن را به ماده انتخابی برای موارد زیر تبدیل می کند:

• اجزای موتور: روتورهای توربوشارژر، شمع‌ها و سوپاپ‌ها در موتورهای دیزلی و بنزینی، جایی که نسبت استحکام به وزن بالا و پایداری حرارتی آن افزایش عملکردی را ارائه می‌دهد.
• بلبرینگ: در محیط های پر سرعت، دمای بالا و خورنده، ${\text{سی}}_3{\text{ن}}_4$ گلوله ها و غلتک ها به دلیل چگالی کمتر (کاهش نیروهای گریز از مرکز) و عمر طولانی تر از فولاد برتر هستند.
• جابجایی فلز مذاب: خواص مرطوب نشدن و پایداری شیمیایی آن را برای استفاده در بوته ها، لوله ها و اجزای کوره در پردازش آلومینیوم و فلزات غیرآهنی عالی می کند.

سیلیکون کاربید Applications

سیلیکون کاربید برای کاربردهایی که به حداکثر سختی، مقاومت در برابر سایش و مدیریت حرارتی بالا نیاز دارند ترجیح داده می شود:

• ساینده ها و سنگ زنی: به دلیل سختی بسیار زیاد، به طور گسترده ای در ابزارهای برش، چرخ های سنگ زنی و پودرهای لپ زنی استفاده می شود.
• الکترونیک قدرت: فاصله باند وسیع، تحرک الکترون بالا و رسانایی حرارتی بالا آن را به ماده ای انقلابی برای نیمه هادی های پرقدرت، فرکانس بالا و دمای بالا (دیودها، ماسفت ها) تبدیل کرده است که در وسایل نقلیه الکتریکی و اینورترهای خورشیدی حیاتی هستند.
• عناصر گرمایشی: به دلیل توانایی در حفظ استحکام در دماهای بسیار بالا در کوره ها و کوره های صنعتی استفاده می شود.
• زره بدن: سختی بالا و چگالی کم آن را به یک ماده موثر برای صفحات ضربه ای سرامیکی تبدیل می کند.

به طور خلاصه، در حالی که نیترید سیلیکون و کاربید سیلیکون هر دو نشان دهنده اوج سرامیک های پیشرفته هستند، آنها به طور کلی بر اساس معیارهای عملکرد خاص انتخاب می شوند. نیترید سیلیکون برتری در جایی مقاومت در برابر شوک حرارتی و چقرمگی شکست در درجه اول اهمیت قرار دارند، در حالی که سیلیکون کاربید برنده آشکار برای است سختی شدید، مقاومت در برابر سایش و مدیریت حرارتی با قدرت بالا در الکترونیک.