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Plaque céramique en nitrure de silicium à haute dureté et isolante pour l'industrie automobile

Les substrats carrés en nitrure de silicium, également couramment appelés wafers carrés ou plaques, sont des matériaux céramiques haute performance se présentant sous forme de feuilles plates et rectangulaires. Ils sont conçus pour posséder une combinaison unique de propriétés mécaniques, thermiques et électriques, ce qui les rend indispensables dans un large éventail d'applications industrielles et électroniques exigeantes.

Introduction

Résumé

Introduction aux substrats carrés en nitrure de silicium Si₃N₄
Les substrats carrés en nitrure de silicium, également couramment appelés wafers carrés ou plaques, sont des matériaux céramiques haute performance se présentant sous forme de feuilles plates et rectangulaires. Ils sont conçus pour offrir une combinaison unique de propriétés mécaniques, thermiques et électriques, ce qui les rend indispensables dans un large éventail d'applications industrielles et électroniques exigeantes.
Le nitrure de silicium (Si3N4) est 60 % plus léger que l'acier, mais suffisamment résistant pour supporter certaines des applications les plus exigeantes dans diverses industries. Ce matériau céramique léger et à haute résistance est utilisé comme alternative à l'acier inoxydable, aux superalliages et aux céramiques de première génération telles que l'Al2O3 et le ZrO2. Il offre une excellente résistance au choc thermique et une grande ténacité à la rupture, une compatibilité avec les métaux non ferreux en fusion, ainsi qu'une fiabilité structurelle améliorée par rapport aux autres matériaux céramiques.
Détails

Le nitrure de silicium surpasse les autres céramiques en termes de résistance au choc thermique. Sa résistance ne se dégrade pas à haute température, ce qui le rend particulièrement adapté aux pièces de moteurs et de turbines à gaz, notamment les rotors de turbocompresseurs, les bougies de préchauffage de moteurs diesel et les bougies chaudes.

Les caractéristiques des céramiques en nitrure de silicium sont :

  • 1. Résistance mécanique et dureté exceptionnelles :
    · Le nitrure de silicium présente une grande ténacité à la rupture et une excellente résistance à l'usure. Il est nettement plus résistant et plus dur que beaucoup d'autres céramiques techniques, ce qui empêche la fissuration et la déformation dans des conditions de forte contrainte.
  • 2. Propriétés thermiques exceptionnelles :
    · Résistance élevée au choc thermique : Il peut supporter des variations de température extrêmement rapides sans se fissurer, une propriété essentielle pour les applications impliquant des cycles rapides de chauffage et de refroidissement.
    · Faible dilatation thermique : Son coefficient de dilatation thermique est très faible, ce qui garantit une excellente stabilité dimensionnelle sur une large plage de températures.
  • 3. Excellente isolation électrique :
    · Le nitrure de silicium est un très bon isolant électrique, même à haute température. Cela en fait un matériau idéal pour isoler les composants conducteurs dans les dispositifs électroniques.
  • 4. Haute résistance chimique et à la corrosion :
    · Il est très inerte et résiste à la corrosion par la plupart des acides, des alcalis et des métaux fondus, assurant ainsi une fiabilité à long terme dans des environnements agressifs.

Application du nitrure de silicium :

  • fabrication d'électronique

Utilisé comme couche d'isolation ou structure de support pour protéger les composants sensibles lors des procédés à haute température dans la fabrication de semi-conducteurs et d'autres composants électroniques.

  • four à haute température

Utilisé pour la structure interne des fours à haute température, tels que les supports ou les barrières thermiques, afin d'améliorer l'uniformité de la température à l'intérieur du four et de réduire les pertes d'énergie.

  • éQUIPEMENT CHIMIQUE

Utilisé comme composant isolant résistant à la corrosion et aux hautes températures dans les réacteurs chimiques ou les systèmes de traitement.

Applications aérospatiales et en ingénierie avancée

Dans les environnements exigeant une résistance extrême à la température et à la résistance mécanique, comme les systèmes de protection thermique pour engins spatiaux ou les composants de machines à grande vitesse.

Les substrats carrés en nitrure de silicium sont des matériaux de haute technologie prisés pour leur excellente résistance mécanique, leur remarquable résistance au choc thermique et leur très bonne isolation électrique. Leur forme carrée est particulièrement avantageuse pour un assemblage efficace et le traitement simultané de plusieurs unités dans les équipements industriels. Ces propriétés en font un matériau de choix pour les applications les plus exigeantes en électronique de puissance, en fabrication de semiconducteurs et dans les procédés industriels à haute température.

Paramètre

Article frittage sous pression gazeuse frittage sous pression chaude frittage réactif frittage sans pression
Dureté Rockwell (HRA) ≥75 - > 80 91-92
masse volumique (g/cm3) 3.25 > 3,25 1.8-2.7 3.0-3.2
Constante diélectrique (εr20℃, 1 MHz) - 8,0(1MHz) - -
résistivité volumique électrique (Ω.cm) 10¹⁴ 10⁸ - -
ténacité à la rupture (MPa m1/2) 6-9 6-8 2.8 5-6
Module d'élasticité (GPa) 300-320 300-320 160-200 290-320
dilatation thermique (m/K *10⁻⁶/℃) 3.1-3.3 3.4 2.53 600
conductivité thermique (W/mK) 15-20 34 15 -
module de Weibull (m) 12-15 15-20 15-20 10-18

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