ซิลิคอนไนไตรด์กับซิลิคอนคาร์ไบด์

ซิลิคอนไนไตรด์ ( ${\text{ศรี}}_3{\text{เอ็น}}_4$ - และ ซิลิคอนคาร์ไบด์ ( $\text{ซิซี}$ - เป็นวัสดุเซรามิกขั้นสูงสองชนิดที่มีชื่อเสียงในด้านคุณสมบัติพิเศษ ทำให้ขาดไม่ได้ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมที่มีความต้องการสูงซึ่งโลหะและโพลีเมอร์แบบดั้งเดิมล้มเหลว แม้ว่าทั้งสองจะใช้ฐานซิลิคอนร่วมกันและให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าที่อุณหภูมิสูง องค์ประกอบเฉพาะและโครงสร้างผลึกจะนำไปสู่คุณลักษณะที่แตกต่างซึ่งกำหนดการใช้งานตามลำดับ

องค์ประกอบและโครงสร้าง

ซิลิคอนไนไตรด์ เป็นสารประกอบทางเคมีของซิลิคอนและไนโตรเจน โดยทั่วไปจะมีสูตร ${\text{ศรี}}_3{\text{เอ็น}}_4$ . มีโครงสร้างผลึกที่ซับซ้อน โดยมีรูปแบบหลักสองรูปแบบ $แอลฟา$ - และ $เบต้า$ -ซิลิคอนไนไตรด์ด้วย $เบต้า$ - รูปแบบเป็นลักษณะทั่วไปสำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงเนื่องจากมีเม็ดคล้ายเข็มที่ต้านทานการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว วัสดุถูกสังเคราะห์ด้วยวิธีการต่างๆ รวมถึงการไนไตรเดชันโดยตรงของผงซิลิกอน หรือปฏิกิริยาของซิลิคอนเตตราคลอไรด์และแอมโมเนีย

ซิลิคอนคาร์ไบด์ เป็นสารประกอบของซิลิคอนและคาร์บอน ก่อตัวเป็นของแข็งโครงข่ายโควาเลนต์ มันมีอยู่หลายประเภท ซึ่งพบได้บ่อยที่สุด $แอลฟา$ -ซิซี และ $เบต้า$ -ซีซี โครงสร้างของมันคล้ายคลึงกับเพชร จึงมีความแข็งมาก เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ $\text{ศรีค}$ หายากมาก (รู้จักกันในชื่อแร่มอยซาไนต์- ดังนั้นวัสดุอุตสาหกรรมจึงสังเคราะห์เกือบทั้งหมด ซึ่งมักผลิตผ่านกระบวนการแอจิสัน

คุณสมบัติทางกลและความร้อนที่สำคัญ

เซรามิกทั้งสองมีคุณสมบัติที่โดดเด่น แต่การเปรียบเทียบโดยตรงเน้นความแตกต่างที่สำคัญ:

ที่ ${\text{ศรี}}_3{\text{เอ็น}}_4$ สินค้าเป็นที่รู้จักในเรื่องของ ความเหนียวแตกหักที่เหนือกว่า และ ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนสูง . ความเหนียวสูงนี้ ซึ่งหมายความว่าวัสดุทนทานต่อความเสียหายร้ายแรงจากรอยแตกภายในได้ดีกว่า ถือเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือเซรามิกอื่นๆ มากมาย รวมถึง $\text{ศรีค}$ ในการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับความเค้นเชิงกลที่สำคัญหรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว

ในทางกลับกัน $\text{ศรีค}$ ได้รับรางวัลสำหรับมัน ความแข็งมาก รองจากเพชรและโบรอนไนไตรด์เท่านั้น และของมัน การนำความร้อนที่ยอดเยี่ยม . ที่ high thermal conductivity makes $\text{ศรีค}$ เหมาะสำหรับการกระจายความร้อนในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และการใช้งานที่ต้องการการถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพ

การใช้งานในอุตสาหกรรม

คุณสมบัติที่แตกต่างกันของเซรามิกทั้งสองนี้ทำให้พวกเขามีอำนาจเหนือภาคส่วนที่แตกต่างกัน แต่บางครั้งก็ทับซ้อนกัน:

ซิลิคอนไนไตรด์ Applications

ซิลิคอนไนไตรด์ การผสมผสานระหว่างความแข็งแรงสูง ความหนาแน่นต่ำ และความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับ:

• ส่วนประกอบเครื่องยนต์: โรเตอร์เทอร์โบ หัวเผา และวาล์วในเครื่องยนต์ดีเซลและเบนซิน ซึ่งมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงและเสถียรภาพทางความร้อนทำให้มีสมรรถนะเพิ่มขึ้น
• ตลับลูกปืน: ในสภาพแวดล้อมที่มีความเร็วสูง อุณหภูมิสูง และมีฤทธิ์กัดกร่อน ${\text{ศรี}}_3{\text{เอ็น}}_4$ ลูกกลิ้งและลูกกลิ้งมีความเหนือกว่าเหล็กกล้าเนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำกว่า (ลดแรงเหวี่ยง) และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า
• การจัดการโลหะหลอมเหลว: คุณสมบัติที่ไม่ทำให้เปียกและความเสถียรทางเคมี ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในถ้วยใส่ตัวอย่าง ท่อ และส่วนประกอบของเตาเผาในการแปรรูปอะลูมิเนียมและโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก

ซิลิคอนคาร์ไบด์ Applications

ซิลิคอนคาร์ไบด์ เป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแข็งสูงสุด ทนต่อการสึกหรอ และการจัดการความร้อนสูง:

• สารกัดกร่อนและการเจียร: เนื่องจากมีความแข็งมาก จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องมือตัด หินเจียร และผงขัด
• อิเล็กทรอนิกส์กำลัง: แถบความถี่กว้าง การเคลื่อนตัวของอิเล็กตรอนสูง และการนำความร้อนสูง ทำให้เป็นวัสดุปฏิวัติวงการสำหรับเซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง ความถี่สูง และอุณหภูมิสูง (ไดโอด, MOSFET) ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในยานพาหนะไฟฟ้าและเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์
• องค์ประกอบความร้อน: ใช้ในเตาเผาและเตาเผาอุตสาหกรรมเนื่องจากความสามารถในการรักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงมาก
• ชุดเกราะ: มีความแข็งสูงและความหนาแน่นต่ำทำให้เป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพสำหรับแผ่นตีเซรามิก

โดยสรุป แม้ว่าทั้งซิลิคอนไนไตรด์และซิลิคอนคาร์ไบด์จะเป็นตัวแทนของเซรามิกขั้นสูง แต่โดยทั่วไปแล้วทั้งสองจะถูกเลือกตามเกณฑ์ประสิทธิภาพเฉพาะ ซิลิคอนไนไตรด์ เก่งตรงไหน ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนและความเหนียวแตกหัก เป็นสิ่งสำคัญยิ่งในขณะที่ ซิลิคอนคาร์ไบด์ เป็นผู้ชนะที่ชัดเจนสำหรับ มีความแข็งมาก ทนต่อการเสียดสี และการจัดการความร้อนกำลังสูง ในด้านอิเล็กทรอนิกส์