Quali sono le applicazioni della ceramica al nitruro di silicio?

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Ceramica al nitruro di silicio è un tipo di composto a legame covalente composto da silicio e azoto, che presenta una serie di eccellenti proprietà come la resistenza alle alte temperature, la resistenza alla corrosione, la resistenza all'usura, l'elevata tenacità e l'alta resistenza alla flessione, e ha un'ampia gamma di applicazioni in molti campi.

Settore macchine

• Cuscinetti: Le sfere per cuscinetti in ceramica al nitruro di silicio sono tra le più utilizzate nel settore dei macchinari. Rispetto alle sfere in acciaio, le sfere per cuscinetti in ceramica al nitruro di silicio presentano gli eccezionali vantaggi della bassa densità, della resistenza alle alte temperature, dell'autolubrificazione, della resistenza alla corrosione, ecc. e possono essere utilizzate nei cuscinetti ad alta velocità dei mandrini elettrici delle macchine utensili, nei motori aerospaziali, nei cuscinetti delle turbine eoliche, nei cuscinetti dei motori automobilistici e in altre apparecchiature.
• Strumenti: La ceramica di nitruro di silicio può essere utilizzata per realizzare utensili da taglio ad alta velocità. L'elevata durezza e la resistenza all'usura consentono di mantenere buone prestazioni durante il taglio, di ridurre l'usura degli utensili e di migliorare l'efficienza e la precisione della lavorazione.
• Altri componenti meccanici: Le ceramiche al nitruro di silicio possono essere utilizzate anche per realizzare pale di turbine, anelli di tenuta meccanica, stampi permanenti, ecc. Questi componenti hanno prestazioni eccellenti in ambienti ad alta temperatura e corrosivi, che possono migliorare l'affidabilità e la durata delle apparecchiature meccaniche.

Aerospaziale

• Materiale trasparente: Le ceramiche porose al nitruro di silicio hanno una resistenza alla flessione relativamente elevata e una densità inferiore, nonché una resistenza al creep che può migliorare la stabilità della struttura alle alte temperature. Questo materiale viene utilizzato come materiale trasparente per realizzare radome e finestre per antenne. Ad esempio, Ceridan ha realizzato il radome in nitruro di silicio del missile PAC-3.
  Componenti del motore: Le ceramiche al nitruro di silicio hanno una maggiore resistenza, una migliore resistenza al creep e all'ossidazione rispetto alle leghe termoresistenti a base di nichel a temperature superiori a 1000°C, e hanno un peso specifico ridotto, solo 40% di quello delle leghe termoresistenti, che può soddisfare i requisiti dei futuri motori aeronautici per ridurre il peso e il consumo di carburante.

campo dei semiconduttori

• Substrati ceramici: Le ceramiche al nitruro di silicio hanno un'elevata conduttività termica (i valori tipici dei prodotti commerciali sono compresi tra 80 e 90 W/mK). Rispetto ai substrati di allumina o ZTA, la loro conducibilità termica è più che tripla e il coefficiente di espansione termica (2,4 ppm/K) è ridotto, vicino a quello dei chip di semiconduttori (Si, SiC), con una buona corrispondenza termica. Inoltre, i substrati ceramici in nitruro di silicio hanno eccellenti proprietà meccaniche, che tengono conto dell'elevata resistenza alla flessione e dell'alta tenacità alla frattura. Pertanto, la capacità di trasporto della corrente è elevata e le prestazioni di trasferimento del calore sono molto buone.
  Grazie alle eccellenti prestazioni dei substrati di nitruro di silicio, essi hanno una buona prospettiva di applicazione nei moduli di potenza (moduli di potenza IGBT/SiC) come il trasporto ferroviario, l'energia eolica, il fotovoltaico e i veicoli a nuova energia.

Bioceramica

• Impianti: Le ceramiche al nitruro di silicio hanno una buona biocompatibilità e sono ampiamente utilizzate in impianti quali biosensori, colonna vertebrale, ortopedia, odontoiatria, ecc. Ad esempio, Amedica ha sviluppato un impianto in nitruro di silicio unico nel suo genere, con proprietà globali molto elevate. Secondo i rapporti ufficiali, prendendo come esempio la SINTX negli Stati Uniti, i materiali per la colonna vertebrale in nitruro di silicio sono cresciuti a un tasso di 20% dal 2012.
• Apparecchiature mediche: la ceramica di nitruro di silicio può essere utilizzata anche nella produzione di apparecchiature mediche, come le perle di nitruro di silicio nelle macchine per il trapianto di isole. Queste perle migliorano l'efficienza della digestione pancreatica, impedendo al pancreas di muoversi in modo sincrono con il sistema di camere, e aumentano la dispersione del tessuto pancreatico all'interno del sistema di camere.

Settore metallurgico

• Tubi di protezione dalle radiazioni termiche, bruciatori, crogioli: Le ceramiche in nitruro di silicio denso sono utilizzate principalmente nell'industria metallurgica come tubi di protezione dalle radiazioni termiche, bruciatori, crogioli, ecc. La sua eccellente resistenza alle alte temperature e alla corrosione le consente di lavorare stabilmente per lungo tempo in ambienti metallurgici difficili.

Campo di macinazione ultrafine

• Sfera di macinazione: Le ceramiche al nitruro di silicio sono composti covalenti e il loro legame dipende principalmente dal legame covalente tra gli atomi. Il materiale preparato ha un'elevata durezza e resistenza all'usura. Nei settori delle polveri ultrafini e della lavorazione degli alimenti, le prestazioni della sfera di macinazione in ceramica al nitruro di silicio sono superiori a quelle delle sfere di macinazione tradizionali, che hanno una durezza maggiore e una migliore resistenza all'usura.

Con le sue eccellenti proprietà, ceramica al nitruro di silicio hanno dimostrato un grande potenziale applicativo e un grande valore in molti campi. Con il continuo miglioramento dei processi di preparazione e la riduzione dei costi, si prevede che il suo campo di applicazione si amplierà ulteriormente, fornendo un supporto più potente allo sviluppo di varie industrie.