Nitruro de silicio versus carburo de silicio- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

norteitruro de Silicio ( $Si_{3} norte_{4}$ ) y doarburo de silicio ( $Sic$ ) son dos metroetroateriales cerámicos avanzados reconocidos por sus propiedades excepcionales, lo que los hace indispensables en aplicaciones industriales exigentes donde los metales y polímeros tradicionales fallan. Si bien ambos comparten una base de silicio y ofrecen un rendimiento superior a altas temperaturas, sus composiciones específicas y estructuras cristalinas conducen a características distintas que dictan sus respectivos usos.

doomposición y estructura

norteitruro de Silicio es un compuesto químico de silicio y nitrógeno, típicamente con la fórmula $Si_{3} norte_{4}$ . Presenta una estructura cristalina compleja, con dos formas principales, $α$ - y $b$ -nitruro de silicio, con el $b$ -La forma más común para aplicaciones de alto rendimiento debido a sus granos en forma de aguja que resisten la propagación de grietas. El material se sintetiza mediante varios métodos, incluida la nitruración directa de polvo de silicio o la reacción de tetracloruro de silicio y amoníaco.

Carburo de Silicio Es un compuesto de silicio y carbono, formyo una red covalente sólida. Existe en numerosos politipos, siendo el más común $α$ -Sic y $b$ -Sic. Su estructura es análoga a la del diamante, lo que contribuye a su extrema dureza. De origen natural $Sic$ es extremadamente raro (conocido como mineral moissanita), por lo que el material industrial es casi en su totalidad sintético y se produce comúnmente mediante el proceso de Acheson.

Propiedades mecánicas y térmicas clave

Ambas cerámicas poseen propiedades excepcionales, pero una comparación directa resalta diferencias clave:

Propiedad	norteitruro de Silicio ( $Si_{3} norte_{4}$ )	doarburo de silicio ( $Sic$ )
Dureza (Mohs)	$8 - 9$	$\approx 9 - 9.5$
Dureza a la fractura	$\approx 6 - 8 MPa m$	$\approx 3 - 5 MPa m$
Conductividad térmica	Bajo ( $\approx 20 - 30 W.. / mK$ )	Alto ( $\approx 120 - 200 W.. / mK$ )
Expansión térmica	Muy bajo	Muy bajo
Resistencia a altas temperaturas	Excelente (mantiene la fuerza hasta $\approx 140 0^{\circ} C$ )	Excelente (mantiene la fuerza hasta $\approx 160 0^{\circ} C$ )

El $Si_{3} norte_{4}$ El producto es conocido por su tenacidad a la fractura superior y alta resistencia al choque térmico . Esta alta tenacidad, que significa que el material es más resistente a fallas catastróficas causadas por grietas internas, es una ventaja significativa sobre muchas otras cerámicas, incluidas $Sic$ , en aplicaciones que implican estrés mecánico significativo o cambios rápidos de temperatura.

En cambio, $Sic$ es apreciado por su dureza extrema , sólo superado por el diamante y el nitruro de boro, y su conductividad térmica excepcional . El high thermal conductivity makes $Sic$ Ideal para la disipación de calor en componentes electrónicos y aplicaciones que requieren una transferencia de calor efectiva.

Aplicaciones en la industria

Las distintas propiedades de estas dos cerámicas las llevan a dominar sectores diferentes, aunque a veces superpuestos:

norteitruro de Silicio Applications

Nitruro de Silicio La combinación de alta resistencia, baja densidad y excelente resistencia al choque térmico lo convierte en el material elegido para:

Componentes del motor: Rotores de turbocompresor, bujías incandescentes y válvulas en motores diésel y de gasolina, donde su alta relación resistencia-peso y su estabilidad térmica ofrecen mejoras en el rendimiento.
Aspectos: En ambientes corrosivos, de alta velocidad y de alta velocidad, $Si_{3} norte_{4}$ las bolas y los rodillos son superiores al acero debido a su menor densidad (reduciendo las fuerzas centrífugas) y su vida útil más larga.
Manejo de metal fundido: Sus propiedades no humectantes y su estabilidad química lo hacen excelente para su uso en crisoles, tubos y componentes de hornos en el procesamiento de aluminio y metales no ferrosos.

Carburo de Silicio Applications

Carburo de Silicio Se prefiere para aplicaciones que exigen máxima dureza, resistencia al desgaste y alta gestión térmica:

Abrasivos y Rectificados: Debido a su extrema dureza, se utiliza ampliamente en herramientas de corte, muelas abrasivas y polvos para lapear.
Electrónica de potencia: Su amplia banda prohibida, su alta movilidad de electrones y su alta conductividad térmica lo convierten en un material revolucionario para semiconductores (diodos, MOSFET) de alta potencia, alta frecuencia y alta temperatura que son fundamentales en vehículos eléctricos e inversores solares.
Elementos calefactores: Se utiliza en hornos y hornos industriales debido a su capacidad para mantener la resistencia a temperaturas muy altas.
Armadura corporal: Su alta dureza y baja densidad lo convierten en un material eficaz para cerraderos cerámicos.

En resumen, si bien tanto el nitruro de silicio como el carburo de silicio representan la cima de las cerámicas avanzadas, generalmente se seleccionan en función de criterios de rendimiento específicos. Nitruro de Silicio sobresale donde Resistencia al choque térmico y tenacidad a la fractura. son primordiales, mientras que Carburo de Silicio es el claro ganador para Dureza extrema, resistencia a la abrasión y gestión térmica de alta potencia. en electrónica.