Карбид кремния или нитрид кремния: какой материал лучше в вашем случае?

Введение

Нитрид кремния и карбид кремния широко используются благодаря своим выдающимся свойствам. Однако эти два вида высокотехнологичной керамики обеспечивают вашим изделиям особые преимущества. Независимо от того, предполагает ли ваш технологический процесс высокие температуры, электроизоляцию или высокие нагрузки, выбор правильной керамики — ключ к производительности и долговечности вашего изделия. В этом руководстве сравниваются характеристики карбида кремния и нитрида кремния, а также их применение в промышленности, чтобы помочь вам разобраться в вопросе и сделать обоснованный выбор.

Что представляют собой нитрид кремния и карбид кремния в качестве передовой керамики?

• Карбид кремния (SiC) и нитрид кремния — это технологически продвинутые виды керамики, которые обеспечивают гораздо больше преимуществ при высокопроизводительном использовании, чем традиционные керамические материалы. карбид кремния Это соединение кремния и углерода, полученное в результате реакции этих двух элементов при высоких температурах. SiC обладает прочными ковалентными связями и высокой плотностью, химически инертен и обеспечивает вашим изделиям высокую твёрдость, теплопроводность и долговечность.

• Нитрид кремния образуется в результате реакции двух его соединений, кремния и азота, при температурах от 1200°C до 1400°C. Керамика из нитрида кремния (Si3N4) имеет тетрагональную структуру. кристаллическая структура и прочные ковалентные связи, что делает его чрезвычайно важным для вашей отрасли. Он менее плотный, чем SiC, но обеспечивает вашей продукции прочность, высокую стойкость к тепловому удару и изоляционные свойства.

Преимущества карбида кремния и нитрида кремния для вашего использования

Выбирая подходящую керамику для вашего процесса (SiC или Si3N4), начните с изучения их механических, электрических и термических свойств. Вот некоторые из их основных свойств:

Твердость нитрида кремния и карбида кремния

• карбид кремния твердость Прочность достигает 25 ГПа, что чуть ниже прочности алмаза. Это делает его идеальным для режущих инструментов и абразивной промышленности.

• Твёрдость нитрида кремния немного ниже — 15 ГПа, но это обеспечивает ему отличную износостойкость. Это свойство помогает поглощать удары и предотвращать растрескивание, что делает его идеальным материалом для решения конструкционных задач.

Нитрид кремния и карбид кремния: вязкость разрушения и прочность

• Превосходный нитрид кремния вязкость разрушения Прочность достигает ~6 МПа·м½, а также обеспечивает высокую прочность на изгиб до 1000 МПа. Это делает Si3N4 идеальным материалом для применения в условиях механических нагрузок и вибраций.

• Прочность карбида кремния средняя, ~3 МПа·м½, и может оказаться неподходящей для условий с высокими ударными нагрузками из-за хрупкости.

Теплопроводность карбида кремния и стойкость нитрида кремния к тепловому удару

• карбид кремния теплопроводность Теплопроводность достигает 120–270 Вт/м·К, что позволяет ему очень быстро передавать тепло и снижать температуру. Это делает его идеальным для теплообменников, печей и приложений в электронной промышленности.

• Теплопроводность нитрида кремния значительно ниже и составляет от ~20 до 30 Вт/м·К, но он обеспечивает вашему продукту исключительные тепловой удар стойкость. Это делает Si3N4 идеальным материалом для применений, связанных с резкими перепадами высоких температур, поскольку он не подвержен растрескиванию и разрушению.

Электрическое сопротивление

• Керамика на основе нитрида кремния (Si₃N₄) обладает хорошими изолирующими свойствами и выдерживает умеренные температуры, поэтому она используется в качестве непроводящего материала в электротехнических изделиях, требующих электроизоляции. Благодаря своей способности проводить ток, она идеально подходит для производства подложек для электронных устройств.

• Карбид кремния действует как полупроводник, поскольку он проводит электричество и тепло, что делает его идеальным для технологических процессов в промышленности силовой электроники и нагревательных элементов.

Вот краткий обзор свойств карбида кремния и нитрида кремния.

«После того, как мы перешли на подшипники из нитрида кремния в наших электродвигателях, мы больше не сталкиваемся с проблемами разрушения на протяжении всего технологического процесса».

— Руй Й., ведущий конструктор-механик, Elemots Designers

Применение карбида кремния и нитрида кремния в вашей отрасли

Производство подшипников и других механических компонентов из карбида кремния и нитрида кремния

• Карбид кремния и нитрид кремния используются в подшипниках, но обладают разной прочностью. Подшипники из карбида кремния обладают высокой твёрдостью и износостойкостью, поэтому их лучше всего использовать в высокоскоростных шпинделях и турбинах для аэрокосмической промышленности. Подшипники из нитрида кремния (Si3N4) обладают превосходной прочностью, что делает их идеальными для применения в условиях высоких нагрузок и вибрации, например, в турбинах и электродвигателях.

В высокотемпературных и термических промышленных применениях

• Высокая теплопроводность и стойкость к окислению карбида кремния способствуют его эффективности в теплообменниках, футеровке печей и горелках. Нитрид кремния обладает превосходной стойкостью к тепловым ударам, что делает его отличным выбором для газовых турбин и компонентов теплоизоляции.

При создании электрических и изоляционных компонентов

• Керамика из нитрида кремния (Si₃N₄) обеспечивает высокую электрическая изоляция Карбид кремния образует непроводящий барьер, что делает его идеальным материалом для держателей микросхем и электронных подложек. Карбид кремния обладает превосходной электропроводностью и идеально подходит для применения в силовой электронике и выпрямительной технике.

В химических применениях и создании ваших структур

SiC — это химически стабильный и предлагает ваш продукт лучше коррозионная стойкость в окислительных средах. Si3N4 более стабилен и лучше всего подходит для процессов, связанных со щелочами или влагой. Оба вида керамики используются для изготовления деталей насосов и сёдел клапанов.

Ниже приведен краткий обзор областей применения карбида кремния и нитрида кремния, а также того, где каждый из них служит вашему продукту;

«Мы используем теплообменники из SiC и нитрида кремния на нашей тепловой установке, и каждый из них образцово выполняет свою роль».

— Ши Гуйхун, ведущий исследователь, Ventechli Labs

Преимущества и недостатки карбида кремния по сравнению с нитридом кремния

Как нитрид кремния приносит пользу вашему продукту

• Нитрид кремния придаёт вашему изделию повышенную трещиностойкость и прочность. Он также позволяет ему выдерживать термические удары и вибрации. Кроме того, Si3N4 выполняет функцию изолятора в электронике.

Узнайте больше о прочности нитрида кремния в нашем руководстве..

Каковы недостатки нитрида кремния?

• Несмотря на преимущества Si3N4, он обеспечивает вашему изделию меньшую твёрдость и теплопроводность, чем SiC. Кроме того, его производство и закупка обходятся дороже, а обработка сложна.

Как карбид кремния приносит пользу вашему применению

• Карбид кремния придаёт вашим изделиям исключительную твёрдость и износостойкость. Он также обладает высокой теплопроводностью и химической инертностью. Кроме того, ваши материалы на основе карбида кремния устойчивы к коррозии и окислению.

Узнайте больше о свойствах и преимуществах карбида кремния в нашем подробном руководстве..

Каковы недостатки карбида кремния?

• Карбид кремния (SiC) обладает выдающимися свойствами, но он более хрупкий, не выдерживает резких перепадов температур и снижает вязкость разрушения вашего изделия. Кроме того, он электропроводен и поэтому не подходит для использования в качестве электроизоляторов.

Что выбрать для вашего использования: карбид кремния или нитрид кремния?

• Выбирая между нитридом кремния и карбидом кремния, ориентируйтесь на требования к производительности вашего процесса. Если для вас важны высокая твёрдость, износостойкость или электропроводность, выбирайте карбид кремния. Но если для вас важны термостойкость, механическая прочность или электроизоляция, выбирайте нитрид кремния.

• При покупке ищите надежного поставщика, который гарантирует постоянство и качество, например: Великолепная группа керамики, чтобы гарантировать, что ваша продукция всегда будет конкурентоспособной.

«Мы используем материалы Si₃N₄ и SiC от Gorgeous уже несколько лет. Качество остаётся стабильным, и это позволяет нам создавать материалы, устойчивые к высоким температурам и вибрациям…»

— У Л., менеджер по закупкам, Alexastech Ltd

Заключительные советы и выводы

Карбид кремния и нитрид кремния обладают выдающимися характеристиками. Если вы не уверены, какой материал выбрать, подберите его свойства, соответствующие вашим технологическим требованиям, а не только твёрдости. Обратите внимание, что выбор между SiC и Si3N4 повлияет на эксплуатационные характеристики и долговечность вашего изделия.

Свяжитесь с надежным поставщиком сегодня, чтобы получить дополнительную техническую консультацию или запросить расценки на выбранную вами керамику.

Мы попробовали оба вида керамики, и оба показали себя хорошо, но нитрид показал лучшие результаты, обеспечив более длительный срок службы даже при многократных циклах обжига...»

— Профессор Кевин Рико, аналитик по материалам, Matrixprime Industries 

Часто задаваемые вопросы о нитриде кремния и карбиде кремния

Какая керамика лучше всего подойдет, если для вашего применения требуется высокая твердость?

Карбид кремния лучше, поскольку он содержит прочные ковалентные связи, что придает вашему изделию превосходную твердость и устойчивость к износу и повреждениям.

Какой материал работает лучше — подшипники из карбида кремния или нитрида кремния? 

Нитрид кремния придает вашему изделию высокую стойкость к разрушению, что позволяет ему работать эффективнее в условиях высоких нагрузок.

Какой из кремнийсодержащих материалов (SiC и Si3N4) можно использовать на химических перерабатывающих заводах?

Потому что SiC хорошо противостоит окислению, а Si3N4 — щелочам.