Carbure de siliciumest un cristal incolore, communément appelé corindon. Il est produit industriellement par la réaction du sable de quartz et de l'excès de coke à une température élevée de 2 000 à 2 500 ℃. Il a une structure similaire au diamant et une dureté proche du diamant. C'est un abrasif industriel largement utilisé. Si certains éléments d'impuretés y sont ajoutés, il deviendra également un semi-conducteur, qui peut être utilisé comme semi-conducteur à haute température pour les éléments chauffants électriques. Il présente une bonne stabilité thermique et chimique, une résistance mécanique élevée et un faible coefficient de dilatation thermique, et est également largement utilisé dans les matériaux céramiques structurels à haute température. Des fibres céramiques de carbure de silicium présentant de bonnes propriétés mécaniques peuvent être obtenues par pyrolyse à haute température de silane contenant des groupes organiques.
Le nitrure de silicium est un nouveau type de matériau céramique. C'est un solide blanc cassé. Comme le carbure de silicium, il présente une stabilité thermique et chimique élevée. Le coefficient de frottement n'est que de 0,1 à 0,2, ce qui équivaut à une surface métallique lubrifiée à l'huile. Sa dureté est juste derrière le diamant et le nitrure de bore cubique. Son plus grand domaine d'application est également celui d'un matériau céramique structurel à haute température. Une petite quantité d'oxyde d'aluminium est ajoutée au nitrure de silicium pour fabriquer un nouveau type de céramique, dont le nom commercial est le sialon. Les céramiques Seron ont été largement utilisées dans les aubes de turbines à gaz, les carters de machines, les pièces de moteurs, les tuyères de queue de fusée, les roulements et les outils de coupe.
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Le carbure de silicium, communément appelé corindon, est généralement fabriqué en mélangeant de la silice et du coke, puis en réagissant avec l'électricité. Le carbure de silicium est composé de SiC et apparaît vert, noir et jaune à cause des impuretés. Dans l'industrie, il est divisé en deux catégories selon la couleur : le carbure de silicium vert et le carbure de silicium noir, et leur teneur en SiC est respectivement ≥99 % et 98,5 %. Le carbure de silicium est un composé de liaison covalente avec une forte liaison interatomique, un point de fusion élevé, une dureté élevée, une résistance élevée et une faible expansion, une conductivité thermique élevée, une conductivité électrique élevée et une forte stabilité chimique. C’est donc une bonne matière première réfractaire. Cependant, dans une atmosphère oxydante, le carbure de silicium s'oxyde facilement et l'oxydation ne peut être ralentie que lorsqu'un film protecteur de SiO2 se forme.
La formule moléculaire du nitrure de silicium est Si3N4 et il existe deux types de formes cristallines : le type α et le type β, qui sont tous deux des systèmes cristallins hexagonaux. Le nitrure de silicium est gris, avec une teneur en Si3N4 de 98,5 % et en silicium libre de 1,5 %. Son point de fusion est de 1900 ℃ (décomposition par sublimation), haute résistance, faible dilatation thermique, ténacité et forte résistance à la corrosion. Le nitrure de silicium est obtenu en nitrurant de la poudre de silicium avec de l'azote, puis en la frittant. Il est principalement utilisé dans les matériaux réfractaires avancés.
Bien que le carbure de silicium et le nitrure de silicium soient tous deux des semi-conducteurs composés de troisième génération dotés d'une dureté élevée, d'une résistance à l'usure élevée, d'une conductivité thermique élevée et d'un module d'élasticité élevé, il existe quelques différences clés entre eux :
Différentes stabilités chimiques et résistances à la corrosion chimique
Le carbure de silicium a une forte résistance à la corrosion chimique et peut fonctionner dans la plupart des acides et des alcalis, mais a une mauvaise résistance aux températures élevées ; le nitrure de silicium est très stable dans les acides et alcalis forts, mais a une faible dureté et une faible résistance à l'usure.
Différents scénarios d'application
Le carbure de silicium est généralement utilisé pour fabriquer des outils tels que des forets et des moules ainsi que des matériaux réfractaires pour les fours à haute température ; le nitrure de silicium est utilisé dans la fabrication de pièces pour moteurs d'avions et turbines à gaz.
Différentes propriétés physiques
Le carbure de silicium a une densité plus élevée et une plus grande dureté, conservant notamment la stabilité dans les environnements à haute température ; le nitrure de silicium a une densité et une dureté inférieures, mais présente une bonne résistance à l'usure et à la corrosion.
Conductivité thermique et conductivité électrique différentes
Le carbure de silicium a une excellente conductivité thermique et une bonne conductivité électrique et peut être utilisé comme matériau semi-conducteur ; le nitrure de silicium a une mauvaise conductivité thermique, mais possède des propriétés isolantes et est principalement utilisé dans l'isolation et les emballages électroniques.
Différentes couleurs
Le nitrure de silicium est généralement une poudre blanc cassé, tandis que le carbure de silicium est noir ou gris-noir.
Ces différences fontcarbure de siliciumet le nitrure de silicium ont chacun leurs propres avantages uniques et leurs domaines d'application dans les applications industrielles.
