Che cos'è la ceramica al nitruro di silicio

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Ceramica al nitruro di silicio (Si ∝ N ₄) sono composti covalenti composti da elementi di silicio e azoto, con eccellenti proprietà globali, e sono ampiamente utilizzati in diversi campi dell'alta tecnologia.

1. Caratteristiche del materiale
-Elevata resistenza e tenacità: Le ceramiche al nitruro di silicio sono in grado di mantenere un'elevata resistenza e tenacità alle alte temperature, con una resistenza alla flessione di oltre 350MPa. Anche a temperature elevate, pari a 1200 ℃, la loro resistenza non diminuisce in modo significativo.
-Basso coefficiente di espansione termica: Il nitruro di silicio ha un basso coefficiente di espansione termica, il che significa che si deforma meno alle alte temperature, rendendolo particolarmente adatto alle applicazioni ad alta temperatura che richiedono dimensioni e forme stabili.
-Eccellente resistenza agli shock termici: Le ceramiche al nitruro di silicio sono in grado di mantenere la loro resistenza e integrità anche in presenza di rapidi sbalzi di temperatura, rendendole adatte alle apparecchiature che richiedono frequenti cicli di temperatura.
-Buona resistenza all'usura e proprietà autolubrificanti: Le ceramiche al nitruro di silicio hanno un'elevata durezza, proprietà autolubrificanti ed eccellente resistenza all'usura, che le rendono adatte alla produzione di componenti come cuscinetti e anelli di tenuta meccanica.
-Resistenza alla corrosione chimica: Le ceramiche in nitruro di silicio hanno una buona resistenza alla corrosione della maggior parte degli acidi inorganici e di alcune basi e difficilmente reagiscono con altri acidi inorganici, ad eccezione dell'acido fluoridrico.
-Isolamento elettrico: Le ceramiche al nitruro di silicio sono eccellenti materiali per l'isolamento elettrico, adatti ai settori dell'elettronica e dei semiconduttori che richiedono proprietà isolanti.

2. Processo di preparazione
Il processo di preparazione delle ceramiche al nitruro di silicio comprende principalmente tre fasi: preparazione della polvere, stampaggio e sinterizzazione:

1. Preparazione della polvere: I metodi di preparazione più comuni includono la nitrurazione della polvere di silicio, la reazione in fase liquida e la sintesi autopropagante ad alta temperatura.
2. Processo di stampaggio: incluso stampaggio a secco, stampaggio isostatico a freddo, stampaggio per colata, ecc.
3. Processo di sinterizzazione: comprende principalmente la sinterizzazione con pressatura a caldo, la sinterizzazione a pressione di gas, la sinterizzazione con pressatura isostatica a caldo e la sinterizzazione al plasma di scarico.

3. Campi di applicazione
-Nel settore dei macchinari, le ceramiche al nitruro di silicio sono ampiamente utilizzate nella produzione di cuscinetti, valvole, tubazioni, mole e utensili da taglio in ceramica. Le sfere per cuscinetti in nitruro di silicio sono ampiamente utilizzate nei mandrini delle macchine utensili di precisione, nei motori aerospaziali e nei cuscinetti dei motori automobilistici grazie alla loro bassa densità, all'elevata durezza e all'eccellente resistenza all'usura.
-Settore aerospaziale: L'elevata resistenza, il basso coefficiente di espansione termica e la buona resistenza agli shock termici fanno delle ceramiche al nitruro di silicio un materiale ideale per il settore aerospaziale, come le parti della camera di combustione, le pale delle turbine a gas e i materiali trasparenti.
-Industria metallurgica: La ceramica di nitruro di silicio può essere utilizzata per produrre manicotti per termocoppie di misurazione della temperatura, rivestimenti di forni, crogioli, anelli di separazione, ecc. con una buona resistenza agli shock termici e all'usura.
-Industria chimica: Le ceramiche al nitruro di silicio possono essere utilizzate in settori quali la fusione dell'alluminio, la siderurgia e la produzione di ferro, come materiali refrattari, pompe, tubazioni, valvole e stampi.
-Nel campo dei semiconduttori, l'isolamento elettrico e la resistenza alla corrosione delle ceramiche al nitruro di silicio le rendono utilizzate come substrati isolanti e rivestimenti di forni ad alta temperatura nella produzione di semiconduttori.
-Veicoli a nuova energia: I cuscinetti ceramici al nitruro di silicio sono ampiamente utilizzati nei cuscinetti dei motori elettrici dei veicoli a nuova energia, grazie alla loro bassa densità, all'elevata resistenza all'usura e alle buone prestazioni di isolamento.

Ceramica al nitruro di silicio, con le loro eccellenti proprietà fisiche, chimiche e meccaniche, hanno mostrato un grande potenziale di applicazione in molti campi e si prevede che in futuro svolgeranno un ruolo importante in altri settori ad alta tecnologia.