Siliziumkarbid vs. Siliziumnitrid: Was ist für Ihre Anwendung besser?

Einführung

Siliziumnitrid und Siliziumkarbid werden aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften häufig eingesetzt. Diese beiden Hochleistungskeramiken bieten Ihren Anwendungen jedoch besondere Stärken. Ob Ihr Prozess hohe Temperaturen, elektrische Isolierung oder hohe Belastungen erfordert – die Wahl der richtigen Keramik ist entscheidend für die Leistung und Haltbarkeit Ihres Produkts. Dieser Leitfaden vergleicht die Eigenschaften und industriellen Anwendungen von Siliziumkarbid und Siliziumnitrid, um Ihnen ein besseres Verständnis und eine fundierte Kaufentscheidung zu ermöglichen.

Was sind Siliziumnitrid und Siliziumkarbid als Ihre Hochleistungskeramik?

• Siliziumkarbid (SiC) und Siliziumnitrid sind beides technologisch fortschrittliche Keramiken, die Ihren Hochleistungsanwendungen weitaus mehr Vorteile bieten als herkömmliche Keramikmaterialien. Siliziumkarbid ist eine Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff, die durch die Reaktion dieser beiden Elemente bei hohen Temperaturen entsteht. SiC hat starke kovalente Bindungen und eine hohe Dichte, ist chemisch inert und verleiht Ihrem Produkt hohe Härte, Wärmeleitfähigkeit und Haltbarkeit.

• Siliziumnitrid entsteht durch die Reaktion seiner beiden Verbindungen Silizium und Stickstoff bei Temperaturen zwischen 1200 °C und 1400 °C. Siliziumnitridkeramik (Si3N4) hat eine tetragonale Kristallstruktur und starke kovalente Bindung, wodurch es in Ihrer Branche von großer kommerzieller Bedeutung ist. Es ist weniger dicht als SiC, bietet Ihrem Produkt jedoch Robustheit, hohe Beständigkeit gegen Thermoschock und Isoliereigenschaften.

Eigenschaften von Siliziumkarbid vs. Siliziumnitrid, die für Ihre Verwendung von Vorteil sind

Wenn Sie die richtige Keramik (SiC oder Si3N4) für Ihren Prozess auswählen, sollten Sie zunächst die mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften verstehen. Hier sind einige ihrer wichtigsten Eigenschaften:

Härte von Siliziumnitrid vs. Siliziumkarbid

• Siliziumkarbid Härte beträgt bis zu 25 GPa und liegt damit knapp unter dem Wert von Diamant. Dies macht es ideal für Ihre Schneidwerkzeuge und die Schleifmittelindustrie.

• Die Härte von Siliziumnitrid ist mit 15 GPa etwas geringer, weist aber dadurch eine hervorragende Verschleißfestigkeit auf. Diese Eigenschaft hilft, Stöße zu absorbieren und Risse zu verhindern, wodurch es sich ideal für Ihre strukturellen Aufgaben eignet.

Bruchzähigkeit und Festigkeit von Siliziumnitrid im Vergleich zu Siliziumkarbid

• Die überlegene Bruchzähigkeit erreicht ~6 MPa·m½ und verleiht Ihrem Produkt zudem eine hohe Biegefestigkeit von bis zu 1000 MPa. Dies macht Si3N4 ideal für Ihre Anwendungen mit mechanischer Belastung oder Vibrationen.

• Die Zähigkeit von Siliziumkarbid ist mittelmäßig (~3 MPa·m½) und aufgrund seiner Sprödigkeit möglicherweise nicht ideal für Umgebungen mit hoher Beanspruchung.

Wärmeleitfähigkeit von Siliziumkarbid und Wärmeschockbeständigkeit von Siliziumnitrid

• Siliziumkarbid Wärmeleitfähigkeit Die Wärmeleitfähigkeit beträgt 120–270 W/m·K und ermöglicht dadurch eine sehr schnelle Wärmeübertragung und Wärmereduzierung. Daher eignet es sich ideal für Wärmetauscher, Öfen und Anwendungen in der Elektronikindustrie.

• Die Wärmeleitfähigkeit von Siliziumnitrid ist zwar deutlich geringer und liegt zwischen ~20 und 30 W/m·K, bietet Ihrem Produkt jedoch außergewöhnliche Thermoschock Widerstand. Dies macht Si3N4 ideal für Ihre Anwendungen mit schnellen Änderungen bei hohen Temperaturen, da es nicht so leicht reißt oder versagt.

Elektrischer Widerstand

• Siliziumnitridkeramik (Si₃N₄) isoliert hervorragend und verträgt mittlere Hitze. Daher wird sie als nichtleitendes Material in elektrischen Anwendungen mit elektrischer Isolierung eingesetzt. Dank ihrer Stromfestigkeit eignet sie sich ideal für die Herstellung von Elektroniksubstraten.

• Siliziumkarbid fungiert als Halbleiter, da es Strom und Wärme leitet und sich daher ideal für die Prozesse in der Leistungselektronik- und Heizelementindustrie eignet.

Hier ist eine kurze Aufschlüsselung der Eigenschaften von Siliziumkarbid und Siliziumnitrid

„Seit wir uns für Siliziumnitridlager in unseren Elektromotoren entschieden haben, treten während der Prozesse keine Bruchprobleme mehr auf.“

— Rui Y., leitender Maschinenbaukonstrukteur, Elemots Designers

Anwendungen von Siliziumkarbid vs. Siliziumnitrid in Ihrer Branche

Herstellung von Lagern und anderen mechanischen Komponenten aus Siliziumkarbid im Vergleich zu Siliziumnitrid

• Sowohl Siliziumkarbid als auch Siliziumnitrid werden in Lagern verwendet, bieten jedoch unterschiedliche Festigkeiten. SiC-Lager zeichnen sich durch hohe Härte und Verschleißfestigkeit aus und eignen sich daher am besten für Hochgeschwindigkeitsspindeln und Turbinen in der Luft- und Raumfahrt. Si3N4-Lager bieten eine hervorragende Zähigkeit und eignen sich daher perfekt für Anwendungen mit hoher Belastung und Vibration, beispielsweise in Turbinen und Elektromotoren.

In Ihren Hochtemperatur- und thermischen Industrieanwendungen

• Die hohe Wärmeleitfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit von Siliziumkarbid sorgen für eine bessere Leistung in Wärmetauschern, Ofenauskleidungen und Brennern. Siliziumnitrid bietet eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit und ist daher eine gute Wahl für Ihre Gasturbinen und Wärmedämmkomponenten.

Bei der Herstellung Ihrer elektrischen und isolierenden Komponenten

• Siliziumnitridkeramik (Si₃N₄) bietet hohe elektrische Isolierung durch die Bildung einer nichtleitenden Barriere, wodurch es sich ideal für Ihre Chipträger und elektronischen Substratsysteme eignet. Siliziumkarbid zeichnet sich durch eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit aus und eignet sich perfekt für Anwendungen in der Leistungselektronik und Gleichrichterindustrie.

In chemischen Anwendungen und beim Bau Ihrer Strukturen

SiC ist chemisch stabil und bietet Ihr Produkt besser Korrosionsbeständigkeit in oxidierenden Umgebungen. Si3N4 ist stabiler und eignet sich am besten für Prozesse mit alkalischen oder feuchten Medien. Beide Keramiken werden zur Herstellung Ihrer Pumpenkomponenten und Ventilsitze verwendet.

Hier ist eine kurze Zusammenfassung der Anwendungen von Siliziumkarbid im Vergleich zu Siliziumnitrid und wo jedes Ihrem Produkt dient;

„Wir verwenden in unserem Wärmekraftwerk SiC- und Siliziumnitrid-Wärmetauscher und jeder von ihnen erfüllt seine Aufgabe vorbildlich.“

–Shi Guihong, Spitzenforscher, Ventechli Labs

Vor- und Nachteile von Siliziumkarbid gegenüber Siliziumnitrid

Wie Siliziumnitrid Ihrem Produkt zugute kommt

• Siliziumnitrid verleiht Ihrem Produkt eine höhere Bruchzähigkeit und hohe Festigkeit. Es macht es außerdem widerstandsfähiger gegen Temperaturschocks und Vibrationen. Darüber hinaus wirkt Si3N4 als Isolator in Ihrer Elektronik.

Erfahren Sie mehr über die Festigkeit von Siliziumnitrid in unserem Leitfaden.

Was sind die Schwächen von Siliziumnitrid?

• Trotz der Stärken von Si3N4 weist Ihr Produkt eine geringere Härte und Wärmeleitfähigkeit als SiC auf. Zudem sind die Verarbeitungs- und Anschaffungskosten höher und die Bearbeitung ist schwieriger.

Wie Siliziumkarbid Ihrer Anwendung zugute kommt

• Siliziumkarbid verleiht Ihrem Produkt eine hervorragende Härte und Verschleißfestigkeit. Es ist zudem hoch wärmeleitfähig und chemisch inert. Darüber hinaus sind Ihre SiC-Werkstoffe korrosions- und oxidationsbeständig.

Erfahren Sie mehr über die Eigenschaften und Stärken von Siliziumkarbid in unserem umfassenden Leitfaden.

Was sind die Schwächen von Siliziumkarbid?

• SiC verfügt über hervorragende Eigenschaften, ist jedoch spröder, hält plötzlichen Temperaturschocks nicht stand und verleiht Ihrem Produkt eine geringere Bruchzähigkeit. Außerdem ist es elektrisch leitfähig und daher für elektrische Isolatoren nicht ideal.

Welches ist für Ihren Einsatzzweck geeignet: Siliziumkarbid vs. Siliziumnitrid

• Bei der Wahl zwischen Siliziumnitrid und Siliziumkarbid sollten Sie die Leistungsanforderungen Ihres Prozesses berücksichtigen. Wenn Ihnen extreme Härte, Verschleißfestigkeit oder elektrische Leitfähigkeit am wichtigsten sind, sollten Sie Siliziumkarbid wählen. Wenn Ihnen jedoch Thermoschock, mechanische Festigkeit oder elektrische Isolierung am wichtigsten sind, sollten Sie sich für Siliziumnitrid entscheiden.

• Achten Sie beim Kauf auf einen seriösen Lieferanten, der Konsistenz und Qualität bietet, wie Wunderschöne Keramikgruppe, um sicherzustellen, dass Ihre Produkte immer wettbewerbsfähig sind.

„Wir verwenden die Si₃N₄- und SiC-Materialien von Gorgeous seit einigen Jahren. Die Qualität ist konstant und ermöglicht es uns, Materialien zu liefern, die hohen Temperaturen und Vibrationen standhalten …“

—Wu L., Einkaufsleiter, Alexastech Ltd

Abschließende Tipps und Ihr Fazit

Sowohl Siliziumkarbid als auch Siliziumnitrid bieten Ihren Produkten herausragende Eigenschaften. Wenn Sie sich nicht sicher sind, welche Werkstoffe Sie wählen sollen, achten Sie auf die Eigenschaften Ihrer Prozessanforderungen und nicht nur auf die Härte. Beachten Sie, dass die Wahl zwischen SiC und Si3N4 die Leistung und Haltbarkeit Ihres Produkts beeinflusst.

Kontaktieren Sie einen zuverlässigen Lieferanten Kontaktieren Sie uns noch heute für weitere technische Beratung oder um ein Angebot für Ihre bevorzugte Keramik anzufordern.

Wir haben beide Keramiken ausprobiert und beide funktionieren gut, aber das Nitrid lieferte bessere Ergebnisse und gewährleistete eine längere Lebensdauer, selbst bei mehreren Ofenzyklen …“

—Prof. Kevin Rico, Materialanalyst, Matrixprime Industries 

Häufig gestellte Fragen zu Siliziumnitrid vs. Siliziumkarbid

Welche Keramik ist die beste, wenn Ihre Anwendung eine hohe Härte erfordert?

Siliziumkarbid ist besser, da es starke kovalente Bindungen enthält, die Ihrem Produkt eine höhere Härte und Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß und Beschädigung verleihen.

Welches Material ist leistungsfähiger: Siliziumkarbid- oder Siliziumnitridlager? 

Siliziumnitrid verleiht Ihrem Produkt eine hohe Bruchfestigkeit und sorgt so für eine bessere Leistung in Hochleistungsumgebungen.

Welches Silizium können Sie in chemischen Verarbeitungsanlagen verwenden: SiC oder Si3N4?

Beides liegt daran, dass SiC oxidationsbeständig ist, während Si3N4 alkalibeständig ist.