Le ceramiche speciali si riferiscono a una classe di ceramiche con proprietà meccaniche, fisiche o chimiche particolari. Le materie prime utilizzate e la tecnologia di produzione richiesta sono notevolmente diverse dalle ceramiche ordinarie e dal loro sviluppo. In base alle caratteristiche e agli utilizzi, le ceramiche speciali possono essere suddivise in due categorie: ceramiche strutturali e ceramiche funzionali. Tra queste, le ceramiche strutturali si riferiscono a ceramiche che possono essere utilizzate come materiali strutturali ingegneristici, che generalmente presentano elevata resistenza, elevata durezza, elevato modulo elastico, resistenza alle alte temperature, all'usura, alla corrosione, all'ossidazione, agli shock termici e altre caratteristiche.
Esistono molti tipi di ceramiche strutturali, vantaggi e svantaggi, e la direzione di applicazione dei vantaggi e degli svantaggi è diversa, tra cui la "ceramica al nitruro di silicio", grazie all'equilibrio delle prestazioni in tutti gli aspetti, è nota come la più eccellente e completa nella famiglia delle ceramiche strutturali e ha una gamma estremamente ampia di applicazioni.
Vantaggi della ceramica al nitruro di silicio
Il nitruro di silicio (Si3N4) può essere suddiviso in composti con legami covalenti, con il 4-tetraedro [SiN4] come unità strutturale. Le posizioni specifiche degli atomi di azoto e silicio sono visibili nella figura sottostante: il silicio si trova al centro del tetraedro e le posizioni di quattro vertici del tetraedro sono occupate da atomi di azoto; quindi, ogni tre tetraedri condivide un atomo, estendendosi costantemente nello spazio tridimensionale. Infine, si forma la struttura a rete. Molte delle proprietà del nitruro di silicio sono legate a questa struttura tetraedrica.
Il nitruro di silicio presenta tre strutture cristalline: le fasi α, β e γ, di cui le fasi α e β sono le forme più comuni. Poiché gli atomi di azoto sono legati in modo molto saldo, il nitruro di silicio presenta un'elevata resistenza meccanica, elevata durezza e resistenza alle alte temperature, con una durezza che può raggiungere valori di HRA91~93; Buona rigidità termica, in grado di resistere a temperature elevate di 1300~1400 °C; Bassa reazione chimica con elementi in carbonio e metallo che porta a un basso coefficiente di attrito; Autolubrificante e quindi resistente all'usura; Elevata resistenza alla corrosione: non reagisce con altri acidi inorganici, oltre all'acido fluoridrico; Resistenza all'ossidazione anche alle alte temperature; Buona resistenza agli shock termici: non si sgretola in caso di brusco raffreddamento in aria e successivo brusco riscaldamento; Lo scorrimento viscoso delle ceramiche al nitruro di silicio diminuisce alle alte temperature e la lenta deformazione plastica è ridotta sotto l'azione di alte temperature e carichi fissi.
Inoltre, la ceramica al nitruro di silicio presenta un'elevata resistenza specifica, un'elevata modalità specifica, un'elevata conduttività termica, eccellenti proprietà elettriche e altri vantaggi, per cui ha un valore applicativo speciale in ambienti estremi come alte temperature, alte velocità, mezzi fortemente corrosivi, ed è considerata uno dei materiali ceramici strutturali più promettenti per lo sviluppo e l'applicazione, diventando spesso la prima scelta in molte applicazioni che devono essere testate.
Data di pubblicazione: 15 agosto 2023