질화규소 세라믹스와 알루미나의 비교

실리콘 Nitride (Si ₃ N ₄)

질화규소는 a고성능 엔지니어링 세라믹 (high-performance engineering ceramic)규소 (Si)와 질소 (N) 원자가 공유결합 네트워크로 배열되어 구성되어 있습니다.실리콘 분말을 질소 분위기에서 반응 결합, 핫 프레싱 또는 소결 등의 공정을 통해 합성됩니다.

Si ₃ N ₄으로 유명하는특출난 강도, 파괴 인성 및 열 충격 저항다.터빈 부품, 롤링 엘리먼트 베어링, 고성능 씰과 같이 고온 안정성 및 기계적 응력에 대한 내성이 까다로운 응용 분야에 일반적으로 채용됩니다.

크리스탈 구조:α-Si ₃ N ₄ (6 각형), β-Si ₃ N ₄ (6 각형), 그리고 γ-Si ₃ N ₄ (입방, 고압 단계)이다.

알 루 미나 (알 ₂ O ₃)

알 루미나, also known as산화 알루미늄, 세계적으로 가장 일반적으로 사용되는 기술 세라믹 중 하나입니다.의 알루미늄으로 구성 되어 있는 (알)와 산소 (O)에서 사용 할 수 있는 원자와은 다양 한 성적 순수성, 85%에서 99. 8%를 차지 한에 이르기까지 알 ₂ O ₃이다.

알 ₂ O ₃은 소중 한을뛰어난 경도, 전기 절연 특성 및 고온 능력다.전자 기판, 내습성 부품, 전기 절연체 및 구조 응용 분야에 광범위하게 사용됩니다.

가장 안정적인 양식:α-Al ₂ O ₃ (강옥 구조, trigonal 크리스탈 시스템)다.다른 단계에는 γ, δ 및 θ-alumina다.

실리콘 Nitride (Si ₃ N ₄)-사면 체 네트워크

구조: 각 실리콘 원자는 4개의 질소 원자에 사면체 배열 (sp³ hybridization)으로 공유적으로 결합되어 있다.각각의 질소 원자는 3개의 실리콘 원자 사이에 공유되어 촘촘한 3차원 네트워크를 형성한다.이 강 한 공유 결합 유대은 Si ₃ N ₄의 주목 할만 한 기계적 강도 및 열 안정 성이다.그 β-Si ₃ N ₄ 단계 (가장 흔 한 공학 도자기)로 이루어 져 있 맞물 려 있는 높은 골절에 영향을 주는 길게 늘 어진 곡물 crack-bridging 메커니즘을 통해 인성니다.

알 루 미나 (알 ₂ O ₃)-강옥 구조

구조: 알 루 미나 채택 강옥 크리스탈 구조 (α-Al ₂ O ₃), 산소 음이온 육각형을 형성 한 어디 close-packed (HCP) 사용 할 수 있는 격자 및 알루미늄의 3분의 2를 차지 cations octahedral를 사이트 (□)로 표시 된, 나머지 3분의 1은 비어 있다.이 부분 공유 결합 캐릭터로 이온 결합는 알에게 ₂ O ₃의 극단적인 경도 모스 규모)에 (9, 뛰어 난 절연, 화학적 안정 성이다.순서 가 지정 된 알 ³의 배치를 ⁺ 이온 및 결원 매우 대칭 및 thermodynamically 안정적인 구조를만 듭니다.

실리콘 Nitride

질화규소의 가장 주목할 만한 특성 중 하나는 그것입니다예외적인 기계적 강도 및 파괴 인성 (fracture toughness)다.전시품들 중 획일적인 도자기, Si ₃ N ₄ 일부의 가장 높은 값에 휨 내력과 저항의 전파를 깨 기도 합니다.

고응력 조건에서 질화규소는 대부분의 다른 세라믹에 비해 균열 및 재앙적 파괴에 상당히 더 내성이 있습니다.충격 에너지를 흡수하고 압력에 의한 변형에 저항하는 능력은 다음과 같은 고성능 부품에 선택하는 소재로 만듭니다터빈 블레이드, 정밀 베어링 및 메카니컬 실.

이 길게 늘 어진 β-Si ₃ N ₄ 곡물을 통해를 만들 것이 미세구조에균열 bridging 및 곡물 pull-out메커니즘, 엔지니어링 세라믹스 중 독보적인 자연적인 강화 효과를 제공합니다.

알 루 미나

알루미나는 그것의 좋은 평가를 받고 있다높은 압축 강도 및 극단적인 경도다.최대 20 GPa의 비커스 경도 (순도 및 그레인 크기에 따라 다름)로 이용 가능한 가장 단단한 산화물 세라믹 중 하나입니다.

그러나, 알 ₂ O ₃은 비교적더 부서 지기 쉬 운silicon nitride보다.파괴인성이 낮다는 것은 충격하중이나 고응력 조건에서 균열이나 치핑에 더 취약하다는 것을 의미한다.

이러한 제한에도 불구하고 알루미나는 극도의 기계적 힘이 주요 관심사가 아닌 응용 분야에 탁월한 선택으로 남아 있습니다-와 같은마모판, 절연체, 구조 부품압축 하중에.

실리콘 Nitride

실리콘 질화물은 고온 환경에서 탁월하며, 할 수 있습니다최대 1400°C (2550°F) 온도에서 지속 작동다.예외적으로 낮은 열 팽창 계수의 (CTE ≈ 3. 2 × 10 ⁻ ⁶/° C) 적당 한 열전도 율과 결합 된 제공뛰어난 열 충격 저항.

이 신속 Si ₃ N ₄ 성분을 견 딜 수 있 온도 수단이 변동 없이 균열이나 성능 저하-재산 그것은 절대적으로 중요 한을 항공우주 터빈 엔진, 가스 터빈 성분,과 고온 용광로 대진 표다.

알 루 미나

알루미나는 또한 내열 세라믹이지만 최적의 성능 범위는 일반적으로 초과하지 않습니다1200 ° C (2192 ° F)다.그것이 제공하는 동안 존경 받는 열 충격 저항, 높은 CTE (≈ 8. 1 × 10 ⁻ ⁶/° C)와 높은 열전 도도하게극한의 열 사이클링 조건에서 실리콘 나이트라이드보다 덜 안정적입니다.

알루미나는 가마 가구, 용광로 튜브 및 난연 라이닝과 같은 꾸준한 고온을 수반하는 응용 분야에 적합하지만 빈번하고 급격한 온도 변화를 받는 부품에는 최상의 선택이 아닐 수 있습니다.

실리콘 Nitride

실리콘 nitride 제공superior 착용 저항그것의 단단함과 강인함의 결합에 의해 움직입니다.의낮은 마찰 계수(특히 자기 교반 슬라이딩 쌍에서) 회전 또는 슬라이딩 구성 요소에서 마모를 현저히 줄입니다.

이렇게하면 Si ₃ N ₄ 예외적으로 신뢰 할 수 있는 선택정밀 베어링, 절삭 공구, 마모 플레이트다.실제로 실리콘 질화 베어링 볼은 현재 고속 스핀들 베어링 및 모터 스포츠 및 항공 우주 응용 분야에 사용되는 하이브리드 베어링에 표준으로 사용되며, 강철 대비 3-10 ×의 요인으로 서비스 수명을 연장합니다.

알 루 미나

알루미나는 그것으로 유명하다극단적인 경도, 마모 및 긁힘에 대한 우수한 내성을 제공합니다.그것은 사용 가능한 가장 단단한 세라믹 재료 중 하나이며, 다음으로 이상적입니다연삭 매체, 내습성 선삭, 내마모성 절삭 공구.

그러나, 알루미나는 내습성이 높은 반면, 인성이 낮다는 것은 질화규소가 더 나은 성능을 발휘할 충격 또는 반복 하중 조건에서 표면 치핑 또는 미세 파쇄에 더 취약할 수 있다는 것을 의미합니다.

실리콘 Nitride

질화규소는 agood 전기 절연체그러나 유전 특성은 알루미나만큼 뛰어나지 않습니다.같은 특정 응용프로그램-에서 동력 전자와 반도체 가공 장비-Si ₃ N ₄ 적절하게 적당 한 단열 요구 사항을 충족 할 수 있다.절연체 상수 (ε ᵣ ≈ 9)과 절연 강도에 적합하게 특정 전자 포장과 기판 애플리케이션, 특히 기계적 인성은 또한 곳 필요 합니다.

알 루 미나

알 루 미나는 그엔지니어링 세라믹스 중 전기 절연을 위한 금 표준다.높은 비 저항 (10 ¹ ⁴ Ω · cm 상온에서), 훌륭 한 절연체 강도,과 낮은 절연체 손실을 선택의 물질게전자 기판, 고전압 절연체, 점화 플러그 본체 및 콘덴서 유전체다.고순도 알루미나 (99.5%+)는 최대 절연 성능이 중요한 가장 까다로운 전기 응용 분야에 사용됩니다.

실리콘 Nitride

Silicon nitride 전시품예외적인 내식성 (corrosion resistance)특히 화학물질에 자주 노출되거나 습기가 많은 환경에서 그렇습니다.그것의 화학 관성 때문에의 까다로운 응용 프로그램에 적합합니다화학 가공, 반도체 제조, 의료 임플란트 장치다.Si ₃ N ₄은 대부분 산은에 내성 (뜨 거 운 로부터 간섭에 집중하 며 제외 H ₂ 그래서 ₄), alkalis,과 녹은 비철 금속이, crucibles 이상적을 만들고, 노즐, 및 열전 대 보호 튜브에 금속 캐스팅 작업이다.

알 루 미나

Alumina는 또한 제공합니다good 부식 방지그러나 특정 산성 또는 알칼리 조건에서 질화 규소만큼 안정하지는 않습니다.알 ₂ O ₃ 수행 중립 또는/약간 산성 알칼리성 환경에서 효과적으로 됩니다.그러나 높은 온도에서 강한 산 (특히 HCl과 HF)이나 강한 알칼리 (NaOH, KOH)의 공격을 받으면 분해될 수 있다.에서 널리 사용되고 있습니다화학 펌프 실, 실험실 용품 및 생물 의학 임플란트그것의 생체적합성은 추가적인 장점입니다.

Silicon Nitride 응용 분야

• 항공우주:터빈 블레이드, 연소기 라이너, 노즐 가이드 베인 및 제트 엔진 구성품

• 자동차:터보차저 로터, 글로우 플러그, 디젤 미립자 필터 기판 및 밸브 트레인 구성품

• 전력:가스 터빈 열간 단면 부품, 열교환기 튜브 및 용융 금속 취급 부품

• 베어링 & 씰:하이브리드 베어링 볼, 풀 세라믹 베어링 및 펌프 및 컴프레서용 기계식 페이스 실

• 제조:절삭 공구 인서트, 금형 및 용접 포지셔너

• 반도체:웨이퍼 가공 부품, 식각 링 부품 및 CVD/PVD 고정 장치

알 루 미나 애플리케이션

• 전자:IC 패키지, 회로 기판 (두꺼운/박막), LED 패키지, 센서 하우징 등이 있다

• 의료 기기:고관절 보철물, 치과 임플란트, 수술 기기 및 생물 의학 센서 부품

• 마모 부품의:내습성 라이닝, 직물 가이드, 펌프 실 및 모래 발파 노즐

• 전기:고전압 절연체, 점화 플러그 본체, 열전대 튜브 및 피드 스루 절연체

• 화학 처리:랩 크루시블, 촉매 지지대, 필터 멤브레인 및 내식성 라이닝

• 방어 & 갑옷:탄도 장갑판, 투명 알루미나 창 (ALON), 그리고 레이돔

실리콘 Nitride 선택 (Si ₃ N ₄) 때:

• application 관련높은 기계적 응력 또는 충격 하중

• 작동 온도 (Operating temperature) 초과1200 ° C또는 포함급속 열순환 (rapid thermal cycling)

• 골절 인성중요한 설계 요구사항입니까

• 에 낮은 마찰 및 높은 마모 저항베어링 또는 회전 응용 분야이 필요

• 화학 inertness공격적인 환경에서는 무엇보다 중요합니다

• 체중 감량은 중요 한 (Si ₃ N ₄은~20% Al ₂ O ₃보다 가볍)

알 루 미나 (알 ₂ O ₃)를 선택 할 때:

• 절연1차 필요조건은

• 최대경도 (hardness)와 내마모성 (abrasion resistance)이 필요

• 응용 프로그램은 다음에서 작동합니다적당 한 온도(1200°C 이하) 정상 상태 열 조건으로

• 비용 효과는 것이 중요 (알 ₂ O ₃보다 비 싼 것은 일반적으로 3-5 × Si ₃ N ₄)

• Biocompatibility의료용 임플란트 어플리케이션에 필요한가

• 와 함께 대량 생산기존 공급망 (established supply chains)가 선호