Καρβίδιο του πυριτίουείναι ένας άχρωμος κρύσταλλος, κοινώς γνωστός ως κορούνδιο. Παράγεται βιομηχανικά από την αντίδραση χαλαζιακής άμμου και περίσσειας οπτάνθρακα σε υψηλή θερμοκρασία 2000-2500℃. Έχει δομή παρόμοια με το διαμάντι και σκληρότητα κοντά στο διαμάντι. Είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο βιομηχανικό λειαντικό. Εάν προστεθούν ορισμένα στοιχεία ακαθαρσίας σε αυτό, θα γίνει επίσης ημιαγωγός, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ημιαγωγός υψηλής θερμοκρασίας για ηλεκτρικά θερμαντικά στοιχεία. Έχει καλή θερμική και χημική σταθερότητα, υψηλή μηχανική αντοχή και χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής και χρησιμοποιείται επίσης ευρέως σε δομικά κεραμικά υλικά υψηλής θερμοκρασίας. Οι κεραμικές ίνες καρβιδίου του πυριτίου με καλές μηχανικές ιδιότητες μπορούν να ληφθούν με πυρόλυση οργανικών ομάδων που περιέχουν σιλάνιο σε υψηλή θερμοκρασία.
Το νιτρίδιο του πυριτίου είναι ένας νέος τύπος κεραμικού υλικού. Είναι ένα υπόλευκο στερεό. Όπως το καρβίδιο του πυριτίου, έχει υψηλή θερμική και χημική σταθερότητα. Ο συντελεστής τριβής είναι μόνο 0,1-0,2, που ισοδυναμεί με μια μεταλλική επιφάνεια λιπασμένη με λάδι. Η σκληρότητά του είναι δεύτερη μετά το διαμάντι και το κυβικό νιτρίδιο του βορίου. Η μεγαλύτερη περιοχή εφαρμογής του είναι επίσης ως δομικό κεραμικό υλικό υψηλής θερμοκρασίας. Μια μικρή ποσότητα οξειδίου του αλουμινίου προστίθεται στο νιτρίδιο του πυριτίου για την κατασκευή ενός νέου τύπου κεραμικού, του οποίου η εμπορική ονομασία είναι sialon. Τα κεραμικά Seron έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πτερύγια αεριοστροβίλων, περιβλήματα μηχανών, εξαρτήματα κινητήρα, ακροφύσια ουράς πυραύλων, ρουλεμάν και εργαλεία κοπής.
Περιεχόμενα
Το καρβίδιο του πυριτίου, κοινώς γνωστό ως κορούνδιο, παράγεται γενικά με ανάμειξη πυριτίου και οπτάνθρακα και στη συνέχεια αντιδρώντας με ηλεκτρισμό. Το καρβίδιο του πυριτίου αποτελείται από SiC και εμφανίζεται πράσινο, μαύρο και κίτρινο λόγω ακαθαρσιών. Στη βιομηχανία, χωρίζεται σε δύο κατηγορίες ανάλογα με το χρώμα: πράσινο καρβίδιο του πυριτίου και μαύρο καρβίδιο του πυριτίου και η περιεκτικότητά τους σε SiC είναι ≥99% και 98,5% αντίστοιχα. Το καρβίδιο του πυριτίου είναι μια ένωση ομοιοπολικού δεσμού με ισχυρή διατομική σύνδεση, υψηλό σημείο τήξης, υψηλή σκληρότητα, υψηλή αντοχή και χαμηλή διαστολή, υψηλή θερμική αγωγιμότητα, υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και ισχυρή χημική σταθερότητα. Ως εκ τούτου, είναι μια καλή πυρίμαχη πρώτη ύλη. Ωστόσο, σε μια οξειδωτική ατμόσφαιρα, το καρβίδιο του πυριτίου οξειδώνεται εύκολα και η οξείδωση μπορεί να επιβραδυνθεί μόνο όταν σχηματιστεί ένα προστατευτικό φιλμ SiO2.
Ο μοριακός τύπος του νιτριδίου του πυριτίου είναι Si3N4 και υπάρχουν δύο τύποι κρυσταλλικών μορφών: α-τύπου και β-τύπου, τα οποία είναι και τα δύο εξαγωνικά κρυσταλλικά συστήματα. Το νιτρίδιο του πυριτίου είναι γκρι, με περιεκτικότητα σε Si3N4 98,5% και ελεύθερο πυρίτιο 1,5%. Το σημείο τήξεώς του είναι 1900℃ (αποσύνθεση εξάχνωσης), υψηλή αντοχή, χαμηλή θερμική διαστολή, σκληρότητα και ισχυρή αντοχή στη διάβρωση. Το νιτρίδιο του πυριτίου παράγεται με νιτρίωση της σκόνης πυριτίου με άζωτο και στη συνέχεια πυροσυσσωμάτωση. Χρησιμοποιείται κυρίως σε προηγμένα πυρίμαχα υλικά.
Αν και τόσο το καρβίδιο του πυριτίου όσο και το νιτρίδιο του πυριτίου είναι σύνθετοι ημιαγωγοί τρίτης γενιάς με υψηλή σκληρότητα, υψηλή αντοχή στη φθορά, υψηλή θερμική αγωγιμότητα και υψηλό μέτρο ελαστικότητας, υπάρχουν μερικές βασικές διαφορές μεταξύ τους:
Διαφορετική χημική σταθερότητα και χημική αντοχή στη διάβρωση
Το καρβίδιο του πυριτίου έχει ισχυρή αντοχή στη χημική διάβρωση και μπορεί να λειτουργήσει στα περισσότερα οξέα και αλκάλια, αλλά έχει χαμηλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες. Το νιτρίδιο του πυριτίου είναι πολύ σταθερό σε ισχυρά οξέα και αλκάλια, αλλά έχει χαμηλή σκληρότητα και χαμηλή αντοχή στη φθορά.
Διαφορετικά σενάρια εφαρμογής
Το καρβίδιο του πυριτίου χρησιμοποιείται συνήθως για την κατασκευή εργαλείων όπως τρυπάνια και καλούπια και πυρίμαχα υλικά για κλιβάνους υψηλής θερμοκρασίας. Το νιτρίδιο του πυριτίου χρησιμοποιείται για την κατασκευή εξαρτημάτων για κινητήρες αεροσκαφών και αεριοστρόβιλους.
Διαφορετικές φυσικές ιδιότητες
Το καρβίδιο του πυριτίου έχει υψηλότερη πυκνότητα και μεγαλύτερη σκληρότητα, ιδιαίτερα διατηρώντας τη σταθερότητα σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας. Το νιτρίδιο του πυριτίου έχει χαμηλότερη πυκνότητα και χαμηλότερη σκληρότητα, αλλά έχει καλή αντοχή στη φθορά και αντοχή στη διάβρωση.
Διαφορετική θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα
Το καρβίδιο του πυριτίου έχει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υλικό ημιαγωγών. Το νιτρίδιο του πυριτίου έχει κακή θερμική αγωγιμότητα, αλλά έχει μονωτικές ιδιότητες και χρησιμοποιείται κυρίως σε μόνωση και ηλεκτρονικές συσκευασίες.
Διαφορετικά χρώματα
Το νιτρίδιο του πυριτίου είναι συνήθως μια υπόλευκη σκόνη, ενώ το καρβίδιο του πυριτίου είναι μαύρο ή γκρι-μαύρο.
Αυτές οι διαφορές κάνουνκαρβίδιο του πυριτίουκαι το νιτρίδιο του πυριτίου το καθένα έχει τα δικά του μοναδικά πλεονεκτήματα και εφαρμόσιμα πεδία σε βιομηχανικές εφαρμογές.
