Il termine ceramiche speciali si riferisce a una classe di ceramiche con particolari proprietà meccaniche, fisiche o chimiche; le materie prime utilizzate e la tecnologia di produzione richiesta differiscono notevolmente da quelle delle ceramiche ordinarie. In base alle caratteristiche e agli impieghi, le ceramiche speciali possono essere suddivise in due categorie: ceramiche strutturali e ceramiche funzionali. Tra queste, le ceramiche strutturali sono quelle utilizzate come materiali strutturali per l'ingegneria, che generalmente presentano elevata resistenza, elevata durezza, elevato modulo elastico, resistenza alle alte temperature, resistenza all'usura, alla corrosione, all'ossidazione, agli shock termici e altre caratteristiche.
Esistono molti tipi di ceramiche strutturali, ognuno con i propri vantaggi e svantaggi, e le relative applicazioni variano. Tra queste, le "ceramiche al nitruro di silicio", grazie all'equilibrio prestazionale in tutti gli aspetti, sono considerate le migliori in termini di prestazioni complessive nella famiglia delle ceramiche strutturali e vantano una gamma di applicazioni estremamente ampia.
Vantaggi delle ceramiche al nitruro di silicio
Il nitruro di silicio (Si3N4) può essere suddiviso in composti con legami covalenti, con il tetraedro [SiN4] a 4 lati 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, mentre le posizioni dei quattro vertici sono occupate da atomi di azoto. Ogni tre tetraedri condividono un atomo, estendendosi costantemente nello spazio tridimensionale. Infine, si forma una struttura reticolare. Molte delle proprietà del nitruro di silicio sono correlate a questa struttura tetraedrica.
Esistono tre strutture cristalline del nitruro di silicio, ovvero le fasi α, β e γ, di cui le fasi α e β sono le forme più comuni. Grazie al legame molto forte degli atomi di azoto, il nitruro di silicio possiede elevata resistenza meccanica, elevata durezza e resistenza alle alte temperature, con una durezza che può raggiungere HRA91~93; ha una buona rigidità termica e può resistere ad alte temperature di 1300~1400℃; la scarsa reazione chimica con il carbonio e gli elementi metallici determina un basso coefficiente di attrito; è autolubrificante e quindi resistente all'usura; ha una forte resistenza alla corrosione, non reagisce con altri acidi inorganici oltre all'acido fluoridrico e presenta anche resistenza all'ossidazione ad alte temperature; ha inoltre una buona resistenza agli shock termici, non si sgretola se raffreddato bruscamente in aria e poi riscaldato bruscamente; lo scorrimento viscoso della ceramica di nitruro di silicio diminuisce ad alte temperature e la deformazione plastica lenta è minima sotto l'azione di alte temperature e carico fisso.
Inoltre, le ceramiche al nitruro di silicio presentano anche un'elevata resistenza specifica, un'elevata modalità specifica, un'elevata conduttività termica, eccellenti proprietà elettriche e altri vantaggi, pertanto hanno un particolare valore applicativo in ambienti estremi come alte temperature, alte velocità e mezzi fortemente corrosivi, e sono considerate uno dei materiali ceramici strutturali più promettenti per lo sviluppo e l'applicazione, diventando spesso la prima scelta in molte applicazioni che richiedono test.
Data di pubblicazione: 15 agosto 2023