Trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, vật liệu gốm đã trở thành hệ thống vật liệu hiệu suất cao không thể thay thế. Cho dù là gốm oxit nhôm, gốm oxit zirconium hay gốm nitrua phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, tất cả đều thể hiện giá trị độc đáo của mình trong các điều kiện làm việc khác nhau.

Trong số đó, gốm silicon nitride là một loại vật liệu vô cơ phi kim loại mới điển hình, nhờ các đặc tính như độ bền cao, độ cứng cao, chịu nhiệt độ cao, chống oxy hóa và chống mài mòn, được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp cao cấp như cơ khí, điện tử, luyện kim, năng lượng, hàng không vũ trụ, v.v.

Đối với nhân viên mua hàng và kỹ thuật viên nhà máy, việc hiểu sâu về tính năng, lĩnh vực ứng dụng, cấu trúc thị trường và các điểm quan trọng trong mua sắm của gốm silicon nitride không chỉ giúp nâng cao độ tin cậy của thiết bị mà còn đóng vai trò quan trọng trong quản lý chuỗi cung ứng và tối ưu hóa chi phí.

• Gốm sứ nhôm oxit: Giá rẻ, cách điện tốt, được sử dụng rộng rãi trong các bảng mạch điện tử và các bộ phận chịu mài mòn.

• Ưu điểm của gốm oxit là công nghệ sản xuất đã được hoàn thiện, nhưng về độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống sốc nhiệt thì không bằng gốm nitrua.

• Gốm silicon nitride: Vẫn giữ được độ bền ở nhiệt độ cao, có khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời.

• Gốm nhôm nitride: Nổi tiếng với tính dẫn nhiệt cao, thích hợp cho các tấm nền tản nhiệt.

• Gốm nitrua boron: Có tính bôi trơn tốt, thường được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt ở nhiệt độ cao.

• “Gốm đen” chủ yếu chỉ loại gốm đặc biệt có bề mặt màu tối, kết hợp giữa tính năng cơ học và hiệu ứng thẩm mỹ, đang dần trở nên phổ biến trong các sản phẩm dao cao cấp, trang trí và các bộ phận kết cấu.

So với gốm oxit truyền thống, gốm nitrua silic có ưu điểm vượt trội về khả năng chống mài mòn, chịu sốc nhiệt và duy trì độ bền, là vật liệu gốm kỹ thuật điển hình.

• Gốm sứ nhôm oxit: Nhôm oxit là loại gốm sứ kỹ thuật phổ biến nhất, nhưng nitơ silic có hiệu suất vượt trội hơn ở nhiều khía cạnh. Hệ số dẫn nhiệt của nitơ silic cao gấp 3-4 lần so với nhôm oxit, giúp cải thiện đáng kể khả năng tản nhiệt.

Độ bền gãy của nitrua silic đạt 6-8 MPa·m¹⁄₂, cao hơn nhiều so với 2-3 MPa·m¹⁄₂ của oxit nhôm, và có khả năng chống va đập và ứng suất nhiệt nổi trội hơn.

• Gốm zirconia: Độ bền của gốm zirconia thường vượt trội hơn so với gốm nitride silicon, nhưng gốm nitride silicon lại có hiệu suất tốt hơn trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Nhiệt độ sử dụng của gốm zirconia thường không vượt quá 800°C, trong khi gốm nitride silicon có thể hoạt động ổn định trong thời gian dài ở nhiệt độ 1200°C.

• Gốm nhôm nitride: Nhôm nitride nổi tiếng với tính dẫn nhiệt cao (giá trị lý thuyết có thể đạt 170-200 W/m·K), nhưng độ bền cơ học và độ bền gãy của silicon nitride đều cao hơn nhôm nitride gấp 2 lần, độ tin cậy cơ học cao hơn.

Ngoài ra, silicon nitride có khả năng chịu nhiệt độ cao tốt hơn, có thể sử dụng lâu dài ở nhiệt độ lên đến 1200℃, và có tính ổn định hóa học cao hơn, đặc biệt là không dễ bị thủy phân trong môi trường ẩm ướt.

• Gốm nitrua boron: Nitrua boron có tính bôi trơn tuyệt vời và khả năng chịu sốc nhiệt tốt, nhưng độ bền cơ học thấp hơn nhiều so với nitrua silic. Độ bền uốn của nitrua silic (600-800 MPa) cao hơn nhiều so với nitrua boron, khiến nó phù hợp hơn cho các ứng dụng chịu tải kết cấu.

• Gốm silicon carbide: Silicon carbide có độ cứng và tính dẫn nhiệt tốt hơn silicon nitride, nhưng silicon nitride có độ bền gãy và khả năng chống sốc nhiệt tốt hơn. Ngoài ra, silicon nitride có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn, tương thích tốt với chip bán dẫn (như Si, SiC, GaN), giảm ứng suất nhiệt và nâng cao độ tin cậy của giao diện.

Bảng dưới đây trình bày so sánh tính chất của gốm silicon nitride với các vật liệu gốm chính khác:

• Độ cứng cao: Độ cứng của gốm silicon nitride gần bằng cấp 9 theo thang Mohs, chỉ đứng sau silicon carbide và kim cương.

• Độ bền cao: Độ bền uốn ở nhiệt độ phòng có thể đạt 800–1000 MPa, cao hơn nhiều so với gốm nhôm oxit thông thường.

• Độ bền cao: Có độ bền gãy cao hơn hầu hết các loại gốm sứ, khả năng chống va đập tốt.

• Hệ số giãn nở nhiệt thấp: khoảng 3,0×10⁻⁶/K, có tính ổn định nhiệt xuất sắc.

• Tính dẫn nhiệt: Hệ số dẫn nhiệt của gốm silicon nitride ở mức trung bình, thấp hơn gốm nhôm nitride nhưng cao hơn gốm oxit nhôm.

• Khả năng chịu sốc nhiệt: Có thể chịu được sự chênh lệch nhiệt độ lớn trên 1000℃, phù hợp với điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao.

• Khả năng chống ăn mòn: Ổn định trong hầu hết các môi trường axit và kiềm.

• Khả năng chống oxy hóa: Không dễ bị oxy hóa trong không khí có nhiệt độ cao.

Gốm silicon nitride có tính năng tổng hợp vượt trội so với hầu hết các loại gốm oxit, kết hợp giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng chịu nhiệt.

Bột gốm silicon nitride là nguyên liệu cơ bản để chế tạo, độ tinh khiết và phân bố kích thước hạt quyết định tính năng cuối cùng.

• Nung nóng: Độ dày cao, tính năng tốt, thích hợp cho các bộ phận chính xác.

• Nung bằng áp suất khí: Tránh tạo ra lỗ khí, cấu trúc đồng đều.

• Phản ứng nung kết: Chi phí thấp, thích hợp cho các bộ phận cấu trúc có kích thước lớn.

• Tấm nền gốm silicon nitride và tấm nền gốm silicon nitride được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử.

• Trên cấp quốc gia, tiêu chuẩn quốc gia về tấm nền gốm silicon nitride đã được ban hành, quy định chất lượng sản phẩm và phương pháp kiểm tra.

• Các bộ phận cấu trúc gốm silicon nitride, ví dụ như vòi phun, bộ phận hỗ trợ, được sử dụng rộng rãi trong thiết bị luyện kim và năng lượng.

• Hạt gốm silicon nitride: Có đặc tính ma sát thấp, độ bền mài mòn cao và chống mỏi, là thành phần chính của ổ trục tốc độ cao.

• Ứng dụng và đặc điểm của bi gốm nitrua silic: Được sử dụng trong ổ trục chính của tuabin gió, bộ tăng áp, động cơ máy bay, v.v.

• Bearing gốm silicon nitride: So với ổ trục kim loại, có tuổi thọ cao hơn, chịu nhiệt độ cao và không cần bôi trơn.

• Dao cắt bằng gốm silicon nitride: Hiệu suất cắt cao, có thể gia công hợp kim nhiệt độ cao và gang.

• Tấm nền gốm silicon nitride: Có tính cách điện tuyệt vời, thích hợp cho mô-đun công suất.

• Nhà sản xuất tấm nền gốm silicon nitride: đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp xe mới và truyền thông 5G.

• Gạch silicon nitride kết hợp silicon carbide: Được sử dụng trong lò cao luyện kim, có độ bền cao và tuổi thọ dài.

• Vòi phun gốm silicon nitride: Dùng cho hệ thống phun cát và đốt than bột, có khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt.

• Độ cứng và độ bền cao

• Chống sốc nhiệt và chịu nhiệt độ cao

• Tính ổn định hóa học tốt

• Áp dụng cho điều kiện làm việc khắc nghiệt

• Chi phí tương đối cao

• Khó khăn trong chế biến

• Quy trình sản xuất phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật cao từ nhà sản xuất.

• Sản phẩm chủ yếu được ứng dụng trong các ổ trục chính xác và máy móc tốc độ cao.

• Công nghệ bột và quy trình nung kết của nhà sản xuất là lợi thế cạnh tranh cốt lõi.

• Nhiều doanh nghiệp trong và ngoài nước đã triển khai các dự án, bao gồm các lĩnh vực điện tử, cơ khí, năng lượng, v.v.

• Chủ yếu tập trung vào ngành công nghiệp điện tử, bổ sung cho tấm nền gốm nhôm nitơ.

• Ưu tiên lựa chọn nhà sản xuất có chứng nhận tiêu chuẩn quốc gia.
• Chú ý đến khả năng của nhà sản xuất trong việc kiểm soát tính nhất quán và ổn định của lô hàng.

Với tính năng tổng hợp vượt trội, gốm silicon nitride đã trở thành vật liệu chiến lược trong ngành sản xuất cao cấp. Dù trong lĩnh vực vòng bi tốc độ cao, điện tử công suất, vật liệu chịu lửa hay dụng cụ cắt, nó đều thể hiện giá trị ứng dụng vượt trội so với các vật liệu truyền thống.

Đối với nhân viên mua hàng và kỹ thuật viên, việc nắm vững các thông số kỹ thuật, ứng dụng, năng lực của nhà sản xuất và chứng nhận tiêu chuẩn của gốm silicon nitride là yếu tố quan trọng để đưa ra quyết định mua hàng hiệu quả. Trong tương lai, với sự nâng cấp công nghệ và mở rộng nhu cầu thị trường, gốm silicon nitride sẽ phát huy vai trò quan trọng hơn trong nhiều ngành công nghiệp.