Quelles sont les applications des céramiques à base de nitrure de silicium ?

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Céramique de nitrure de silicium est une sorte de composé à liaison covalente composé de silicium et d'azote, qui possède une série d'excellentes propriétés telles que la résistance aux températures élevées, la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure, une grande ténacité et une grande résistance à la flexion, et qui a un large éventail d'applications dans de nombreux domaines.

Domaine des machines

• Roulements : Les billes de roulement en céramique au nitrure de silicium sont parmi les plus utilisées dans le domaine des machines. Par rapport aux billes d'acier, les billes de roulement en céramique au nitrure de silicium présentent les avantages exceptionnels d'une faible densité, d'une résistance aux températures élevées, d'une autolubrification, d'une résistance à la corrosion, etc. Elles peuvent être utilisées dans les roulements de broches électriques de machines-outils à grande vitesse, les moteurs aérospatiaux, les roulements de turbines éoliennes, les roulements de moteurs automobiles et d'autres équipements.
• Outils : Les céramiques de nitrure de silicium peuvent être utilisées pour fabriquer des outils de coupe à grande vitesse. Sa dureté élevée et sa résistance à l'usure lui permettent de conserver de bonnes performances pendant la coupe, de réduire l'usure de l'outil et d'améliorer l'efficacité et la précision de l'usinage.
• Autres composants mécaniques : Les céramiques de nitrure de silicium peuvent également être utilisées pour fabriquer des pales de turbine, des bagues d'étanchéité mécanique, des moules permanents, etc. Ces composants présentent d'excellentes performances à haute température et dans des environnements corrosifs, ce qui permet d'améliorer la fiabilité et la durée de vie des équipements mécaniques.

Aérospatiale

• Matériau transparent : Les céramiques poreuses de nitrure de silicium ont une résistance à la flexion relativement élevée et une densité plus faible, ainsi qu'une résistance au fluage, ce qui peut améliorer la stabilité de la structure à des températures élevées. Ce matériau est utilisé comme matériau transparent pour la fabrication de radômes et de fenêtres d'antennes. Par exemple, Ceridan a façonné le radôme en nitrure de silicium du missile PAC-3.
  Composants du moteur : Les céramiques de nitrure de silicium ont une plus grande résistance, une meilleure résistance au fluage et une meilleure résistance à l'oxydation que les alliages résistants à la chaleur à base de nickel à des températures supérieures à 1000°C, et ont une faible densité, seulement 40% de celle des alliages résistants à la chaleur, ce qui peut répondre aux exigences des futurs moteurs aéronautiques en matière de réduction du poids et de la consommation de carburant.

domaine des semi-conducteurs

• Substrats céramiques : Les céramiques de nitrure de silicium ont une conductivité thermique élevée (les valeurs typiques pour les produits commerciaux sont de 80 à 90 W/mK). Par rapport aux substrats en alumine ou en ZTA, leur conductivité thermique est plus de trois fois supérieure, et le coefficient de dilatation thermique (2,4 ppm/K) est faible, proche des puces semi-conductrices (Si, SiC), avec une bonne adaptation thermique. En outre, les substrats céramiques en nitrure de silicium ont d'excellentes propriétés mécaniques, notamment une grande résistance à la flexion et une grande ténacité à la rupture. Par conséquent, la capacité de transport de courant est élevée et les performances de transfert de chaleur sont très bonnes.
  En raison des excellentes performances des substrats en nitrure de silicium, ils ont de bonnes perspectives d'application dans les modules de puissance (modules de puissance IGBT/SiC) tels que les transports ferroviaires, l'énergie éolienne, l'énergie photovoltaïque et les véhicules à énergie nouvelle.

Biocéramique

• Implants : Les céramiques de nitrure de silicium ont une bonne biocompatibilité et sont largement utilisées dans les implants tels que les biocapteurs, la colonne vertébrale, l'orthopédie, la dentisterie, etc. Par exemple, Amedica a mis au point un implant unique en nitrure de silicium doté de propriétés globales très élevées. Selon les rapports officiels, en prenant l'exemple de SINTX aux États-Unis, les matériaux en nitrure de silicium pour la colonne vertébrale ont connu une croissance de 20% depuis 2012.
• appareils médicaux : les céramiques de nitrure de silicium peuvent également être utilisées dans la fabrication d'appareils médicaux, tels que les billes de nitrure de silicium dans les machines de transplantation d'îlots. Ces billes améliorent l'efficacité de la digestion pancréatique, tout en empêchant le pancréas de se déplacer de manière synchrone avec le système de chambre, et augmentent également la dispersion du tissu pancréatique dans le système de chambre.

Domaine métallurgique

• Tubes de protection contre les radiations thermiques, brûleurs, creusets : Les céramiques denses en nitrure de silicium sont principalement utilisées dans l'industrie métallurgique comme tubes de protection contre les radiations thermiques, brûleurs, creusets, etc. Son excellente résistance aux températures élevées et à la corrosion lui permet de fonctionner de manière stable pendant longtemps dans des environnements métallurgiques difficiles.

Domaine du broyage ultrafin

• Boule de broyage : Les céramiques de nitrure de silicium sont des composés covalents, et leur liaison dépend principalement de la liaison covalente entre les atomes. Le matériau préparé présente une dureté et une résistance à l'usure élevées. Dans les industries des poudres ultrafines et de la transformation alimentaire, les performances des billes de broyage en céramique de nitrure de silicium sont supérieures à celles des billes de broyage traditionnelles, qui ont une dureté plus élevée et une meilleure résistance à l'usure.

Grâce à ses excellentes propriétés, céramique de nitrure de silicium ont fait preuve d'un grand potentiel d'application et d'une grande valeur dans de nombreux domaines. Avec l'amélioration continue des processus de préparation et la réduction des coûts, son champ d'application devrait encore s'élargir, apportant un soutien plus puissant au développement de diverses industries.