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En las aplicaciones de semiconductores actuales, muchos clientes están empezando a utilizar nitruro de silicio para sustituir el carburo de silicio en determinadas aplicaciones. Ambos materiales tienen propiedades similares, y los dos presentan alta dureza y resistencia a altas temperaturas.
Sin embargo, a la hora del mecanizado real de los componentes, su comportamiento puede ser muy diferente.
Sinceramente, la mayoría de la gente pensaría que es el carburo de silicio, porque asume de forma natural que cuanto más duro es el material, más difícil es mecanizarlo.
Pero al mecanizar cerámicas, la dificultad no depende únicamente de la dureza.
El mecanizado del nitruro de silicio es muy exigente. Además de su dureza extremadamente alta, el nitruro de silicio también posee una tenacidad a la fractura solo superada por la circonia y una microestructura densa. Esto significa que la eliminación de material durante el mecanizado real requiere mucho tiempo.
Esto es especialmente cierto cuando el componente incluye características como orificios pequeños, paredes delgadas y ranuras profundas. El desgaste de la herramienta puede ser muy significativo y, si no se controla adecuadamente, puede provocar astillado de los bordes, lo que puede afectar a todo el componente.
Eso no significa que el carburo de silicio sea fácil de mecanizar: ambos materiales son extremadamente difíciles de mecanizar.
| Propiedad | Unidad | Nitruro de silicio | Carburo de silicio |
|---|---|---|---|
| Densidad | g/cm³ | 3.2 | 3.15 |
| Resistencia a la flexión | MPa | 1000 | 450 |
| Resistencia a la compresión | MPa | 3000 | 2650 |
| Módulo elástico | GPa | 320 | 430 |
| Tenacidad a la fractura | MPa·m¹ᐟ² | 8 | 4 |
| Conductividad térmica | W/m·K | 25 | 110 |
Para obtener más información sobre la comparación de parámetros de materiales, haga clic en este enlace para ver nuestra tabla comparativa de materiales.
Ambos materiales se encuentran en componentes como portadores de obleas, portadores de vacío, anillos de sellado, sellos mecánicos, anillos de guía, piezas aislantes y otros componentes estructurales utilizados en el interior de equipos de semiconductores. También se emplean en piezas que deben mantener un rendimiento estable en condiciones de alta temperatura, vacío, entornos corrosivos o ciclos térmicos repetidos. La elección final del material suele depender de las condiciones de trabajo específicas. A menudo se prefiere el carburo de silicio cuando son importantes la alta conductividad térmica, la baja dilatación térmica y una excelente resistencia al desgaste, mientras que puede seleccionarse el nitruro de silicio cuando se requiere una mayor tenacidad a la fractura, resistencia mecánica y resistencia al choque térmico.
En Jundro trabajamos tanto con SiC como con Si₃N₄, y algo que hemos aprendido es sencillo:
El material es solo la mitad de la historia. A menudo es la geometría lo que hace difícil el trabajo.
El diámetro del orificio, el espesor de pared, la profundidad de la ranura, el radio de esquina, la tolerancia, el acabado superficial y si la pieza requiere mecanizado de 3 ejes, 4 ejes, 5 ejes, rectificado o pulido pueden influir en el resultado final.
Así que, cuando elija entre SiC y Si₃N₄, no se limite a preguntar:
«¿Qué material es mejor?»
Pregunte:
«¿Qué material es mejor para esta pieza?»
Normalmente, esa es la pregunta más útil.
| Parámetro | Carburo de silicio (SiC) | Nitruro de silicio (Si₃N₄) |
|---|---|---|
| Dimensiones máx. | Φ450 mm | 400 × 400 mm |
| Planitud | 0,001 mm (Φ300) | 0,001 mm (Φ300) |
| Precisión (perpendicularidad / concentricidad) | 0,001 mm | 0,001 mm |
| Diámetro mín. de orificio | Ø 0,2 mm | Ø 0,4 mm |
| Ancho mín. de ranura | 0,1 mm | 0,3 mm |
| Espesor mín. de pared | 0,5 mm | 1,0 mm |
| Tamaño mín. de roscado | M1.6 | M2.0 |
| Rugosidad superficial (Ra) | 0,005 µm | 0,005 µm |
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