Giới thiệu
Vật liệu silicon nitride và silicon carbide được sử dụng rộng rãi nhờ những đặc tính vượt trội của chúng. Tuy nhiên, hai loại gốm sứ tiên tiến này mang đến cho ứng dụng của bạn những thế mạnh riêng biệt. Cho dù quy trình của bạn liên quan đến nhiệt độ cao, cách điện hay ứng suất cao, việc lựa chọn đúng loại gốm sứ là chìa khóa cho hiệu suất và độ bền của sản phẩm. Hướng dẫn này so sánh các đặc tính của silicon carbide và silicon nitride cũng như ứng dụng trong công nghiệp để giúp bạn hiểu rõ và đưa ra lựa chọn mua hàng sáng suốt.
Silicon Nitride và Silicon Carbide là hai loại gốm sứ tiên tiến của bạn?
-
Silicon Carbide (SiC) và silicon nitride đều là loại gốm sứ tiên tiến về mặt công nghệ, mang lại nhiều lợi ích cho nhu cầu sử dụng hiệu suất cao của bạn hơn so với các vật liệu gốm sứ truyền thống. Silic cacbua là hợp chất của silic và cacbon, được tạo ra từ phản ứng của hai nguyên tố này ở nhiệt độ cao. SiC có liên kết cộng hóa trị mạnh và mật độ cao, trơ về mặt hóa học, mang lại cho sản phẩm của bạn độ cứng, độ dẫn nhiệt và độ bền cao.
-
Silic Nitride được hình thành bằng cách phản ứng hai hợp chất của nó, silic và nitơ, ở nhiệt độ từ 1200°C đến 1400°C. Gốm silic nitrua (Si3N4) có cấu trúc tứ giác cấu trúc tinh thể và liên kết cộng hóa trị mạnh, khiến nó có tầm quan trọng thương mại cao trong ngành công nghiệp của bạn. Nó nhẹ hơn SiC, nhưng mang lại cho sản phẩm của bạn độ bền, khả năng chống sốc nhiệt cao và các tính năng cách nhiệt.
Tính chất của Silicon Carbide so với Silicon Nitride có lợi cho việc sử dụng của bạn
Khi lựa chọn vật liệu gốm phù hợp giữa SiC và Si3N4 cho quy trình của bạn, hãy bắt đầu bằng việc tìm hiểu các đặc tính cơ học, điện và nhiệt của chúng. Dưới đây là một số đặc tính chính của chúng:
Độ cứng của Silicon Nitride so với Silicon Carbide
-
Silic cacbua độ cứng có độ cứng lên đến 25GPa, thấp hơn kim cương một chút. Điều này làm cho nó trở nên lý tưởng cho các công cụ cắt và ngành công nghiệp mài mòn của bạn.
-
Độ cứng của Silicon Nitride thấp hơn một chút, chỉ 15GPa, nhưng điều này cho phép nó có khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Đặc tính này giúp hấp thụ chấn động và ngăn ngừa nứt vỡ, khiến nó trở nên lý tưởng cho các công trình kết cấu của bạn.
Độ bền và độ dẻo dai của Silicon Nitride so với Silicon Carbide khi gãy
-
Ưu điểm vượt trội của Silicon Nitride độ bền gãy đạt ~6 MPa·m½, đồng thời mang lại cho sản phẩm của bạn độ bền uốn cao lên đến 1000 MPa. Điều này làm cho Si3N4 trở nên lý tưởng cho các ứng dụng liên quan đến ứng suất cơ học hoặc rung động.
-
Độ dẻo dai của Silicon Carbide ở mức trung bình, ~3 MPa·m½ và có thể không lý tưởng trong môi trường chịu tác động mạnh do độ giòn.
Độ dẫn nhiệt của Silicon Carbide và khả năng chống sốc nhiệt của Silicon Nitrua
-
Silic cacbua độ dẫn nhiệt có thể đạt tới 120–270 W/m·K, cho phép truyền nhiệt rất nhanh và giảm nhiệt. Điều này làm cho nó trở nên lý tưởng cho các bộ trao đổi nhiệt, lò nung và các ứng dụng trong ngành công nghiệp điện tử.
-
Độ dẫn nhiệt của silicon nitride thấp hơn nhiều, chỉ từ ~20 đến 30 W/m·K, nhưng nó mang lại cho sản phẩm của bạn khả năng dẫn nhiệt vượt trội sốc nhiệt khả năng chống chịu. Điều này làm cho Si3N4 trở nên lý tưởng trong các ứng dụng liên quan đến sự thay đổi nhanh chóng ở nhiệt độ cao, vì nó không dễ bị nứt hoặc hỏng.
Điện trở
-
Gốm silicon nitride (Si₃N₄) cách điện tốt và chịu được nhiệt độ vừa phải, đó là lý do tại sao nó được sử dụng làm vật liệu không dẫn điện trong các ứng dụng điện liên quan đến cách điện. Khả năng chống dòng điện của nó khiến nó trở nên lý tưởng cho ngành công nghiệp đế điện tử của bạn.
-
Silicon Carbide hoạt động như một chất bán dẫn vì nó dẫn điện và nhiệt, khiến nó trở nên lý tưởng trong các quy trình công nghiệp điện tử công suất và bộ phận gia nhiệt.
Sau đây là một bản phân tích nhanh về các đặc tính của Silicon Carbide và Silicon Nitride
“Sau khi chúng tôi lựa chọn ổ trục silicon nitride cho động cơ điện, chúng tôi không còn gặp phải vấn đề gãy nứt trong suốt quá trình nữa.”
— Rui Y., Kỹ sư cơ khí chính, Elemots Designers
Ứng dụng của Silicon Carbide so với Silicon Nitride trong ngành công nghiệp của bạn
Sản xuất vòng bi Silicon Carbide so với Silicon Nitride và các thành phần cơ khí khác
-
Silicon carbide và silicon nitride đều được sử dụng trong vòng bi của bạn, nhưng có độ bền khác nhau. Vòng bi SiC có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, do đó phù hợp nhất với trục chính tốc độ cao và tua-bin hàng không vũ trụ. Vòng bi Si3N4 có độ bền tuyệt vời, hoàn hảo cho các ứng dụng chịu tải trọng cao và rung động, chẳng hạn như trong tua-bin và động cơ điện.
Trong các ứng dụng công nghiệp nhiệt độ cao và nhiệt của bạn
-
Độ dẫn nhiệt và khả năng chống oxy hóa cao của silicon carbide giúp nó hoạt động tốt hơn trong các bộ trao đổi nhiệt, lớp lót lò và đầu đốt. Silicon nitride có khả năng chống sốc nhiệt vượt trội, là lựa chọn lý tưởng cho tuabin khí và các bộ phận cách nhiệt của bạn.
Trong việc tạo ra các thành phần điện và cách điện của bạn
-
Gốm silicon nitride (Si₃N₄) cung cấp cao cách điện bằng cách tạo thành một lớp màng chắn không dẫn điện, lý tưởng cho các hệ thống đế chip và đế điện tử của bạn. Silicon carbide có khả năng dẫn điện vượt trội, hoàn hảo cho các ứng dụng trong ngành điện tử công suất và chỉnh lưu.
Trong Ứng dụng Hóa học và Tạo Cấu trúc của Bạn
SiC là ổn định về mặt hóa học và cung cấp sản phẩm của bạn tốt hơn khả năng chống ăn mòn trong môi trường oxy hóa. Si3N4 ổn định hơn và phù hợp nhất với các quy trình liên quan đến kiềm hoặc độ ẩm. Cả hai loại gốm này đều được sử dụng để chế tạo các bộ phận bơm và đế van.
Sau đây là tóm tắt nhanh về ứng dụng của silicon carbide so với silicon nitride và cách mỗi loại phục vụ cho sản phẩm của bạn;
“Chúng tôi đã sử dụng bộ trao đổi nhiệt SiC và silicon nitride trong nhà máy nhiệt của mình và mỗi bộ đều thực hiện vai trò của mình một cách xuất sắc.”
—Shi Guihong, Nhà nghiên cứu hàng đầu, Phòng thí nghiệm Ventechli
Ưu điểm và nhược điểm của Silicon Carbide so với Silicon Nitride
Lợi ích của Silicon Nitride đối với sản phẩm của bạn
-
Silicon nitride mang lại cho sản phẩm của bạn độ bền và khả năng chống gãy cao hơn. Nó cũng giúp sản phẩm chống sốc nhiệt và rung động. Ngoài ra, Si3N4 còn hoạt động như một chất cách điện trong thiết bị điện tử của bạn.
Tìm hiểu thêm về sức mạnh của silicon nitride trong hướng dẫn của chúng tôi.
Điểm yếu của Silicon Nitride là gì?
-
Mặc dù Si3N4 có nhiều ưu điểm, nhưng độ cứng và độ dẫn nhiệt của nó lại thấp hơn SiC. Chi phí gia công và mua Si3N4 cũng cao hơn, và khó gia công hơn.
Lợi ích của Silicon Carbide đối với ứng dụng của bạn
-
Silicon Carbide mang lại cho sản phẩm của bạn độ cứng vượt trội và khả năng chống mài mòn. Nó cũng có khả năng dẫn nhiệt cao và trơ về mặt hóa học. Hơn nữa, vật liệu SiC của bạn chịu được các điều kiện ăn mòn và oxy hóa.
Điểm yếu của Silicon Carbide là gì?
-
SiC có những đặc tính vượt trội, nhưng giòn hơn, không chịu được sốc nhiệt đột ngột và làm giảm độ bền gãy của sản phẩm. SiC cũng dẫn điện nên không lý tưởng để làm vật liệu cách điện.
Nên chọn loại nào cho mục đích sử dụng của bạn: Silicon Carbide hay Silicon Nitride
-
Khi lựa chọn giữa silicon nitride và silicon carbide, hãy tập trung vào nhu cầu hiệu suất của quy trình. Nếu ưu tiên của bạn là độ cứng cao, khả năng chống mài mòn hoặc độ dẫn điện, hãy mua silicon carbide. Nhưng nếu bạn ưu tiên khả năng chống sốc nhiệt, độ bền cơ học hoặc cách điện, hãy chọn silicon nitride.
-
Khi mua hàng, hãy tìm một nhà cung cấp có uy tín, cung cấp sự nhất quán và chất lượng, chẳng hạn như Nhóm Gốm sứ Tuyệt đẹp, để đảm bảo sản phẩm của bạn luôn có tính cạnh tranh.
“Chúng tôi đã sử dụng vật liệu Si₃N₄ và SiC của Gorgeous trong vài năm nay. Chất lượng luôn ổn định và giúp chúng tôi cung cấp vật liệu chịu được nhiệt độ cao và rung động…”
—Wu L., Giám đốc Mua sắm, Alexastech Ltd
Lời khuyên cuối cùng và bài học rút ra
Cả silicon carbide và silicon nitride đều mang lại cho sản phẩm của bạn những tính năng vượt trội. Khi không chắc chắn nên chọn loại nào, hãy cân nhắc các đặc tính phù hợp với yêu cầu quy trình của bạn, chứ không chỉ độ cứng. Lưu ý rằng việc lựa chọn giữa SiC và Si3N4 sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của sản phẩm.
Liên hệ với nhà cung cấp đáng tin cậy hôm nay để được tư vấn kỹ thuật thêm hoặc yêu cầu báo giá cho loại gốm sứ bạn ưa thích.
Chúng tôi đã thử cả hai loại gốm và cả hai đều tốt, nhưng nitride cho kết quả tốt hơn trong việc đảm bảo tuổi thọ lâu hơn ngay cả khi trải qua nhiều chu kỳ nung…”
—Giáo sư Kevin Rico, Chuyên gia phân tích vật liệu, Matrixprime Industries
Câu hỏi thường gặp về Silicon Nitride và Silicon Carbide
Loại gốm nào sẽ phù hợp hơn nếu ứng dụng của bạn đòi hỏi độ cứng cao?
Silicon Carbide tốt hơn vì nó chứa liên kết cộng hóa trị mạnh, mang lại cho sản phẩm của bạn độ cứng và khả năng chống mài mòn và hư hỏng vượt trội.
Vật liệu nào hoạt động tốt hơn, vòng bi silicon carbide hay silicon nitride?
Silicon nitride mang lại cho sản phẩm của bạn khả năng chống gãy cao, giúp sản phẩm hoạt động tốt hơn trong môi trường hiệu suất cao.
Bạn có thể sử dụng loại nào giữa silicon SiC và Si3N4 trong các nhà máy chế biến hóa chất?
Cả hai đều vì SiC có khả năng chống oxy hóa tốt, trong khi Si3N4 chịu được kiềm.