Was sind die Leistungsunterschiede zwischen Aluminiumnitridkeramik und Siliziumnitridkeramik?

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Aluminiumnitridkeramik und Siliziumnitridkeramik sind zwei wichtige keramische Werkstoffe, die aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften in vielen Bereichen eingesetzt werden. Sie weisen erhebliche Unterschiede in Bezug auf Wärmeleitfähigkeit, mechanische Festigkeit, Anwendungsbereich und Herstellungskosten auf.

1、 Wärmeleitfähigkeit
Aluminiumnitridkeramiken sind für ihre hohe Wärmeleitfähigkeit bekannt. Die Wärmeleitfähigkeit von polykristallinem Aluminiumnitrid (AIN) kann 260 W/(m - K) erreichen, sogar fast 320 W/(m - K), was mehr als das Fünffache der Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid (Al2O3) ist. Dies macht Aluminiumnitridkeramik zu einem idealen Wärmeableitungsmaterial, das sich besonders für die Wärmeableitungsanforderungen von Hochleistungsgeräten eignet. Im Gegensatz dazu liegt die Wärmeleitfähigkeit von Siliziumnitridkeramik im Allgemeinen zwischen 75-80 W/(m - K). Obwohl sie ebenfalls eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, besteht immer noch ein gewisser Abstand zur Aluminiumnitridkeramik.

2、 Mechanische Festigkeit
In Bezug auf die mechanische Festigkeit ist Siliziumnitridkeramik überdurchschnittlich leistungsfähig. Die Biegefestigkeit von Siliziumnitridkeramik erreicht in der Regel 800 MPa oder sogar mehr und weist eine hohe Festigkeit und Zähigkeit auf. Dadurch bleiben Siliziumnitridkeramiken in Umgebungen mit hoher Belastung stabil und sind weniger anfällig für Brüche oder Beschädigungen. Obwohl Aluminiumnitridkeramik ebenfalls eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, liegt ihre Biegefestigkeit im Allgemeinen bei etwa 450 MPa, was im Vergleich zu Siliziumnitridkeramik etwas schwächer ist. Außerdem kann die Temperaturwechselbeständigkeit von Siliziumnitridkeramik mehr als 5000-mal erreicht werden, während Aluminiumnitridkeramik nur etwa hundertmal hält, was einen Unterschied in der Größenordnung darstellt.

3、 Anwendungsbereich
Aufgrund der Leistungsunterschiede zwischen Aluminiumnitridkeramik und Siliziumnitridkeramik haben ihre Anwendungen in verschiedenen Bereichen auch ihre eigenen Schwerpunkte. Aluminiumnitridkeramik wird aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit häufig als ideales Material für elektronische Gehäuse verwendet und spielt vor allem bei Leistungshalbleitern, großen integrierten Schaltkreisen, Hochleistungs-LED-Gehäusesubstraten und Laserkühlkörper-Substraten eine wichtige Rolle. Inzwischen werden Aluminiumnitridkeramiken aufgrund ihrer hervorragenden Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Korrosion auch zur Herstellung von hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Komponenten wie Tiegeln, Schutzrohren und Gussformen verwendet.

Siliciumnitridkeramik wird aufgrund ihrer hohen Festigkeit, hohen Zähigkeit und guten Verschleißfestigkeit in der Luft- und Raumfahrt, im Militär, im Maschinenbau, in der Kommunikation, in der Elektronik, im Automobilbau, im Energiesektor sowie in chemischen und biologischen Bereichen häufig eingesetzt. Insbesondere im Bereich der Hochtemperatur-Strukturkeramik ist Siliziumnitrid-Keramik einer der neuen Werkstoffe mit den besten umfassenden Leistungen und dem größten Anwendungspotenzial. Sie kann zur Herstellung hochpräziser und anspruchsvoller Komponenten wie Turbinenteile, Lagerkugeln, Gleitringdichtungen usw. verwendet werden.

4、 Vorbereitungskosten
Die Kosten für die Herstellung von Siliziumnitridkeramik sind in der Regel höher als die von Aluminiumnitridkeramik. Dies liegt vor allem daran, dass die Kosten für das Kernmaterial von Siliziumnitridkeramik relativ hoch sind und das Herstellungsverfahren relativ komplex ist. Bei der Herstellung von Siliziumnitridkeramik müssen Faktoren wie die Sintertemperatur und die Atmosphäre genau kontrolliert werden, um die Qualität und Leistung des Produkts zu gewährleisten. Obwohl die Herstellung von Aluminiumnitridkeramik ebenfalls mit gewissen Schwierigkeiten verbunden ist, sind ihre Kosten relativ niedrig.

5、 Sonstige Leistungen
Neben den oben erwähnten Hauptunterschieden in der Leistung gibt es auch in anderer Hinsicht Unterschiede zwischen Aluminiumnitridkeramik und Siliziumnitridkeramik. So stimmt der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminiumnitridkeramik mit dem von Materialien wie Silizium und Galliumarsenid überein, was dazu beiträgt, die durch unangepasste Wärmeausdehnungskoeffizienten verursachte thermische Belastung zu verringern. Siliziumnitridkeramiken hingegen haben einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine höhere Oxidationsbeständigkeit, wodurch sie in Hochtemperaturumgebungen stabil bleiben können.

Darüber hinaus haben Aluminiumnitridkeramiken auch gute elektrische Eigenschaften, wie z. B. einen hohen spezifischen Widerstand, eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen geringen Verlust, was sie zu hervorragenden Isoliermaterialien macht. Siliziumnitridkeramiken haben aufgrund ihrer einzigartigen kovalenten Bindungsstruktur eine ausgezeichnete chemische Stabilität und Verschleißfestigkeit.

Aluminiumnitridkeramik und Siliziumnitridkeramik unterscheiden sich erheblich in Bezug auf Wärmeleitfähigkeit, mechanische Festigkeit, Anwendungsbereich und Herstellungskosten. Diese Unterschiede ermöglichen es ihnen, ihre Stärken in verschiedenen Anwendungsbereichen auszuspielen und einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung der modernen Industrie und Technologie zu leisten.