Propiedades de los materiales cerámicos de nitruro de silicio

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La cerámica de nitruro de silicio, como material inorgánico no metálico avanzado, desempeña un papel insustituible en muchos campos industriales debido a sus excelentes prestaciones.

Composición química y características estructurales
La fórmula química de la cerámica de nitruro de silicio es Si3N4, que es un compuesto formado por la estrecha unión de átomos de silicio y átomos de nitrógeno mediante enlaces covalentes. Su unidad estructural básica es el tetraedro [SiN4], con átomos de silicio situados en el centro del tetraedro y cuatro átomos de nitrógeno situados en los cuatro vértices del tetraedro. Estos tetraedros forman una estructura de red continua y robusta en el espacio tridimensional al compartir un átomo cada tres, dotando a la cerámica de nitruro de silicio de características de alta resistencia y baja densidad.
Las cerámicas de nitruro de silicio tienen dos estructuras cristalinas, alfa y beta, ambas hexagonales. Entre ellas, α - nitruro de silicio aparece como cristales en forma de aguja, mientras que β - nitruro de silicio aparece como cristales granulares. La diferencia en la estructura cristalina entre estos dos tipos da lugar a diferencias en el rendimiento de las cerámicas de nitruro de silicio.

propiedad física
Alta resistencia y dureza: Las cerámicas de nitruro de silicio tienen una resistencia a la flexión y una dureza extremadamente altas, con una resistencia típica a la flexión de 500-700 MPa y una dureza superior a 9 en la escala de Mohs, sólo superada por el diamante y el nitruro de boro cúbico. Esto permite a la cerámica de nitruro de silicio funcionar de forma estable en entornos de gran tensión y es menos propensa a la deformación o el agrietamiento.
Excelente resistencia a altas temperaturas: La cerámica de nitruro de silicio tiene una estabilidad térmica extremadamente alta, capaz de mantener la estabilidad a temperaturas de hasta 1400 ℃, y no es propensa a la expansión térmica ni a la deformación. Su temperatura de descomposición es de 1800 ℃ en aire y tan alta como 1850 ℃ en nitrógeno 110MPa. Por lo tanto, las cerámicas de nitruro de silicio son una opción ideal para entornos de alta temperatura.
Buena resistencia al choque térmico: Debido a su bajo coeficiente de expansión térmica y su alta conductividad térmica, la cerámica de nitruro de silicio tiene una excelente resistencia al choque térmico. Aunque se caliente a 1000 ℃ y se vierta rápidamente en agua fría, no se rompe.
Excelente aislamiento eléctrico: Las cerámicas de nitruro de silicio tienen un excelente rendimiento de aislamiento eléctrico, con una resistencia de aislamiento que suele alcanzar 10 ^ 12 Ω- cm o más. La rigidez dieléctrica es por lo general entre 20 ~ 30 kV / mm, que puede soportar alta intensidad de campo eléctrico sin ruptura. Además, su pérdida dieléctrica es extremadamente baja, por lo general por debajo de 0,001, por lo que es adecuado para aplicaciones de alta frecuencia.

Estabilidad química
La cerámica de nitruro de silicio tiene una excelente resistencia a la corrosión ácida y alcalina, y puede utilizarse durante mucho tiempo en entornos agresivos, como ácidos y álcalis fuertes, sin verse afectada. Esta característica hace que tenga amplias perspectivas de aplicación en campos como la ingeniería química y la metalurgia. Al mismo tiempo, la cerámica de nitruro de silicio también tiene una buena biocompatibilidad y puede utilizarse para fabricar dispositivos médicos como articulaciones artificiales e implantes dentales.

Área de aplicación
Gracias a sus excelentes prestaciones, las cerámicas de nitruro de silicio han mostrado una amplia gama de perspectivas de aplicación en múltiples campos:
Industria mecánica: Las cerámicas de nitruro de silicio se utilizan como componentes clave, como bolas de rodamientos, rodillos, moldes y nuevas herramientas de corte cerámicas, mejorando la resistencia al desgaste y la vida útil de los componentes mecánicos.
Industria química: En la industria química, las cerámicas de nitruro de silicio se utilizan como componentes resistentes al desgaste y a la corrosión, como válvulas de bola, cuerpos de bombas, vaporizadores de combustión, filtros, etc., evitando eficazmente la corrosión y las fugas de medios químicos.
Industria metalúrgica: En la industria metalúrgica, la cerámica de nitruro de silicio se utiliza para fabricar barras de núcleo de corte, moldes de extrusión, moldes de trefilado de alambre, así como moldes de trabajo como rodillos de laminación y rodillos transportadores, que mejoran la eficiencia de la producción y la calidad del producto de los equipos metalúrgicos.
Aeroespacial: En el campo aeroespacial, las cerámicas de nitruro de silicio se utilizan ampliamente como materiales de fabricación para componentes clave, como piezas de motores y revestimientos de cámaras de combustión, que mejoran el rendimiento y la fiabilidad de las naves espaciales.
Industria del automóvil: Con el auge de los vehículos eléctricos e híbridos, la cerámica de nitruro de silicio se utiliza ampliamente en campos como los turbocompresores y los sistemas de frenado debido a su ligereza, alta resistencia y alta resistencia a la temperatura, lo que ayuda a mejorar la eficiencia del combustible y la seguridad de la conducción.
Industria electrónica: Las cerámicas de nitruro de silicio se utilizan ampliamente en dispositivos semiconductores, módulos de potencia, condensadores, así como en equipos eléctricos como transformadores, conmutadores y motores, debido a sus excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, que garantizan la seguridad y fiabilidad de los equipos.

Con el continuo avance de la ciencia de los materiales y la tecnología de preparación, el rendimiento de la cerámica de nitruro de silicio se optimizará aún más, y los campos de aplicación también seguirán ampliándose. Por ejemplo, mediante la modificación nanotecnológica, se puede conseguir un rendimiento personalizado de la cerámica de nitruro de silicio para satisfacer una gama más amplia de demandas de la industria. Al mismo tiempo, la investigación y el desarrollo de procesos de preparación ecológicos y de bajo coste fomentarán la popularización y la aplicación de la cerámica de nitruro de silicio en más campos, promoverán la modernización industrial y la innovación tecnológica.

Las cerámicas de nitruro de silicio desempeñan un papel insustituible en múltiples campos industriales debido a sus excelentes prestaciones.