- Technisch keramiek voor de non-ferro-smeltindustrie sinds 1986 | 40 jaar uitmuntendheid 1986-2026
Siliciumnitride versus sialon versus siliciumcarbide
Siliciumnitride versus sialon versus siliciumcarbide: voor welke geavanceerde keramiek moet je kiezen?
Siliciumnitride, sialon en gesinterd siliciumcarbide zijn allemaal bestand tegen extreme hitte en gaan langer mee dan metalen – maar ze blinken uit in heel verschillende toepassingen. In deze gids komen de eigenschappen, de geschiedenis en de selectiecriteria aan bod die ingenieurs daadwerkelijk hanteren.
28 juli 2026 · 10 min. leestijd
Loop een willekeurige serieuze gieterij, chemische fabriek of installatie met hogetemperatuurovens binnen en je zult zien dat geavanceerde keramische materialen het zware werk doen dat metalen niet aankunnen. Maar welke precies? Siliciumnitride, sialon en gesinterd siliciumcarbide worden vaak in één adem genoemd – alle drie zijn ze bestand tegen extreme hitte, alle drie zijn ze corrosiebestendig en alle drie gaan ze bij veeleisende toepassingen langer mee dan metalen. De verschillen tussen deze materialen zijn echter zo groot dat een verkeerde keuze in de papieren kan lopen.
Deze gids brengt duidelijkheid in de verwarring. Er wordt uitgelegd waar elk materiaal vandaan komt, wat het daadwerkelijk kan, en – het allerbelangrijkste – bij welke toepassingen het uitblinkt en bij welke niet.
In één oogopslag: de drie materialen
| Eigenschap | Siliciumnitride (Si₃N₄) | Sialon (SiAlON) | Gesinterd SiC (SSiC) | | — | — | — | — | | Hardheid (Mohs) | ~9 | ~9 | 9–9,5 | | Praktische maximumtemperatuur (lucht) | ~1.200–1.400 °C | Tot ~1.400 °C | 1.600–1.700 °C | | Weerstand tegen thermische schokken | Uitstekend | Uitstekend | Goed | | Weerstand tegen gesmolten metalen | Goed | Uitstekend | Goed | | Weerstand tegen chemische corrosie | Goed | Goed | Uitstekend | | Dichtheid (g/cm³) | ~3,2 | ~3,2–3,4 | ~3,1–3,2 | | Relatieve kosten | Gemiddeld | Gemiddeld-hoog | Gemiddeld-hoog |
Geen enkel materiaal komt in elke categorie als beste uit de bus. Dat is nu juist het hele punt – en de reden waarom deze vergelijking is gemaakt.
Siliciumnitride: het precisiekeramiek
Een 170-jarige reis naar de industrie
Siliciumnitride heeft van de drie de langste geschiedenis, hoewel het grotendeels niet bijzonder bruikbaar was. Het werd voor het eerst gesynthetiseerd in 1857 door de Franse chemici Sainte-Claire Deville en Wöhler – een laboratoriumcuriositeit die een eeuw lang grotendeels onopgemerkt bleef. Pas in de jaren zestig en zeventig, toen ingenieurs serieus op zoek gingen naar materialen die bestand waren tegen de omstandigheden in vliegtuigturbinemotoren, kreeg Si₃N₄ de industriële aandacht die het verdiende.
De droom van de keramische motor – het vervangen van metaal door siliciumnitride voor turbocompressorrotoren, gloeibougies en verbrandingskamers – werd slechts gedeeltelijk verwezenlijkt. Maar het onderzoek dat hieruit voortvloeide, was niet voor niets. In de jaren tachtig en negentig had siliciumnitride zijn ware bestemming gevonden in lagers, snijgereedschap en de verwerking van gesmolten metaal, waar de unieke combinatie van eigenschappen ervan werkelijk moeilijk te evenaren bleek.
Waar siliciumnitride goed in is
Het kenmerkende eigenschap van siliciumnitride is de combinatie van een hoge sterkte en een uitstekende weerstand tegen thermische schokken. Het materiaal kan snel worden verwarmd en afgekoeld zonder te barsten – een eigenschap die voortkomt uit de lage thermische uitzettingscoëfficiënt en de covalente bindingsstructuur van het Si–N-raamwerk.
Een ander opvallend kenmerk is de slijtvastheid bij hoge snelheden. De ongeveer 300.000 turbochargerrotoren van siliciumnitride die jaarlijks worden geproduceerd, zijn er omdat het materiaal hard en maatvast blijft bij temperaturen en rotatiesnelheden die conventionele lagers zouden vernietigen. De jaarlijkse markt voor snijgereedschap van Si₃N₄, ter waarde van 50 miljoen dollar, bestaat om dezelfde reden: het bewerkt gietijzer en superlegeringen op nikkelbasis met oppervlaktesnelheden die tot 25 keer hoger liggen dan die van wolfraamcarbide.
Siliciumnitride is ook geschikt voor gesmolten non-ferrometalen – aluminium, zink, tin, lood – zonder de smelt te verontreinigen. Hierdoor is het materiaal geschikt voor thermokoppelomhulsels, spuitmonden en smeltkroezen in de metaalverwerking.
Waar siliciumnitride tekortschiet
Siliciumnitride ontleedt bij temperaturen boven ongeveer 1.850 °C, maar dat is een theoretische bovengrens, geen werkings temperatuur. In de praktijk liggen de maximale bedrijfstemperaturen tussen ongeveer 1.200 en 1.400 °C, afhankelijk van de kwaliteit en de atmosfeer. Boven dit bereik kan het materiaal niet worden gebruikt zonder dat het aan kwaliteit inboet.
Het moet ook terrein prijsgeven aan sialon, met name wanneer er sprake is van contact met gesmolten aluminium. Siliciumnitride wordt gemakkelijker aangetast door gesmolten aluminium dan sialon – een klein maar commercieel gezien belangrijk verschil in de gieterijwereld.
Sialon: de gieterijkeramiek
Gemaakt van siliciumnitride
Sialon – uitgesproken als „sigh-alon“ – is geen verbinding, maar een groep keramische legeringen die zijn afgeleid van siliciumnitride. De naam is een acroniem: silicium-aluminium-oxynitride. Wanneer aluminium- en zuurstofatomen in het kristalrooster van siliciumnitride worden ingebracht, stabiliseren ze een fase van het materiaal die anders minder goed bewerkbaar zou zijn, en voegen ze een geheel nieuwe reeks thermische en chemische eigenschappen toe.
Het materiaal werd voor het eerst beschreven in 1971 en werd ontwikkeld in het kader van parallel onderzoek aan de Universiteit van Newcastle en het Britse National Physical Laboratory. Het artikel van K.H. Jack uit 1976 in het *Journal of Materials Science*, getiteld„Sialons and related nitrogen ceramics”, leverde het theoretische kader dat de commercialisering in het daaropvolgende decennium in een stroomversnelling bracht.
Sialon Ceramics ApS werd opgericht in 1986 – in hetzelfde decennium waarin sialon de overstap maakte van laboratoriummateriaal naar commercieel product – en produceert sindsdien sialon- en siliciumcarbide-onderdelen voor gieterij- en industriële toepassingen bij extreme temperaturen.
Waar Sialon in uitblinkt
De belangrijkste eigenschap van sialon is de uitzonderlijke weerstand tegen bevochtiging en corrosie door gesmolten non-ferrometalen, met name aluminium. Waar siliciumnitride slechts weerstand biedt, is sialon onder de meeste omstandigheden bij de aluminiumverwerking werkelijk immuun. Beschermbuizen voor thermokoppels, buizen voor dompelverwarmers, stijgbuizen voor lagedruk-spuitgieten en ontgassingsrotoren voor aluminium profiteren allemaal van deze eigenschap op manieren die andere keramische materialen nauwelijks kunnen evenaren.
Een tweede belangrijk kenmerk is de weerstand tegen thermische schokken. Dankzij de lage thermische uitzetting en het behoud van de sterkte bij hoge temperaturen kan Sialon in gesmolten metaal worden ondergedompeld, snel worden blootgesteld aan temperatuurschommelingen en weer worden teruggetrokken zonder te barsten – cyclus na cyclus. Sialon ULTRA™-beschermbuizen voor thermokoppels van Sialon Ceramics zijn geschikt voor gebruik bij temperaturen tot 1.400 °C en worden vervaardigd met een tolerantie van ±0,02 mm; verwarmingsbuizen zijn geschikt voor 1.100 °C bij direct contact met gesmolten metaal.
Naast het gebruik in gieterijen wordt sialon toegepast in snijgereedschappen voor de bewerking van koudgietijzer, lasopspanningen, apparatuur voor chemische verwerking en toepassingen in de olie- en gasindustrie, waar chemische stabiliteit bij hoge temperaturen de belangrijkste vereiste is.
Waar Sialon tekortschiet
Sialon is niet het hardste van de drie – siliciumcarbide scoort hoger op de schaal van Mohs. Bij toepassingen waarbij vooral weerstand tegen slijtage door harde deeltjes van belang is (straalpijpen, mechanische afdichtingen in schurende slurries), is SSiC doorgaans de betere keuze.
Ook bij extreem hoge temperaturen kan sialon niet tippen aan SSiC. De SSiC-productlijn (XICAR™) van Sialon Ceramics is geschikt voor temperaturen tot 1.700 °C in lucht en tot 1.900 °C in gecontroleerde atmosferen – een bereik dat sialon simpelweg niet kan evenaren.
Gesinterd siliciumcarbide: het keramiek voor extreme omstandigheden
130 jaar: van schuurmiddelen tot technische keramiek
Siliciumcarbide heeft van de drie het meest opzienbarende ontstaansverhaal. In 1891 was Edward Goodrich Acheson bezig met pogingen om kunstmatige diamanten te maken, toen hij per ongeluk stroom door een mengsel van klei en cokes liet lopen en zo iets produceerde waarmee glas kon worden gesneden. Hij noemde het Carborundum en richtte het gelijknamige bedrijf op – waarmee hij de industrie het eerste kunstmatige schuurmiddel verschafte dat harder was dan korund.
Gedurende het grootste deel van de 20e eeuw bleef SiC voornamelijk in poedervorm bestaan: slijpschijven, schuurpapier, slijpmiddelen. De doorbraak naar dichte, gesinterde technische keramiek vond plaats in de jaren ’70 en ’80, toen verbeterde sintertechnieken ingenieurs in staat stelden om massieve componenten te produceren waarbij de volledige mechanische eigenschappen van het materiaal behouden bleven. XICAR™ gesinterd siliciumcarbide van Sialon Ceramics vertegenwoordigt de huidige stand van de techniek in deze reeks – componenten die bestand zijn tegen temperaturen tot 1.900 °C en vervaardigd kunnen worden met een lengte tot 3.000 mm.
Waar gesinterd SiC goed in is
De concurrentievoordelen van SSiC zijn vooral te danken aan twee eigenschappen die geen enkel ander geavanceerd keramisch materiaal tegelijkertijd bezit: hardheid en warmtegeleidbaarheid.
Met een hardheid van 9–9,5 op de schaal van Mohs en ongeveer 2.500 HV op de Vickers-schaal is gesinterd siliciumcarbide het hardste van de drie materialen en behoort het tot de hardste stoffen die bekend zijn, afgezien van diamant en kubisch boornitride. Dit vertaalt zich direct in een superieure slijtvastheid bij schurende toepassingen: straalpijpen, pompwaaiers voor het verpompen van schurende slurries, mechanische afdichtingen in chemisch agressieve omgevingen en oveninrichtingen die onderhevig zijn aan voortdurende thermische en mechanische slijtage.
De warmtegeleidbaarheid van 120–200 W/m·K is uitzonderlijk voor een keramisch materiaal – veel hoger dan die van siliciumnitride (~20–30 W/m·K) en sialon (~10–20 W/m·K). Dit maakt SSiC de voor de hand liggende keuze voor warmtewisselaars, ovenonderdelen en elke toepassing waarbij warmte efficiënt door het onderdeel moet kunnen stromen in plaats van erdoor te worden tegengehouden.
De continue bedrijfstemperatuur in oxiderende atmosferen bedraagt meer dan 1.600 °C, waarbij XICAR™-componenten zijn ontworpen voor temperaturen tot 1.700 °C in lucht en tot 1.900 °C in gecontroleerde of reducerende atmosferen. Geen enkel product van siliciumnitride of sialon haalt deze temperaturen.
De chemische bestendigheid is zeer uitgebreid: SSiC is bestand tegen de meeste zuren, basen en gesmolten zouten zonder noemenswaardige aantasting. Hierdoor is het het voorkeursmateriaal voor pompwaaiers, klepzittingen en procesapparatuur in chemische fabrieken waar de vloeistof agressief is en verontreiniging door het materiaal van de vaten onaanvaardbaar is.
Waar gesinterd SiC tekortschiet
De weerstand tegen thermische schokken van SSiC is goed, maar niet uitzonderlijk – minder dan die van zowel siliciumnitride als sialon. Het heeft een hogere thermische geleidbaarheid dan de op nitride gebaseerde keramische materialen, wat in feite enigszins helpt, maar door de lagere breuktaaiheid brengt snelle, ongecontroleerde thermische cycli meer risico’s met zich mee dan bij sialon. Bij toepassingen waarbij herhaaldelijk in gesmolten metaal wordt gedompeld – verwarmingsbuizen, beschermbuizen voor thermokoppels in aluminiumovens – wordt juist om deze reden doorgaans de voorkeur gegeven aan sialon of siliciumnitride.
SSiC is ook het meest bros van de drie wat betreft schokbestendigheid. Bij toepassingen met mechanische schokbelasting komt de iets betere breuktaaiheid van sialon goed van pas.
Welk materiaal presteert het beste in welke situatie?
Kies voor siliciumnitride wanneer:
- Precisie-lagers, snijgereedschappen of motoronderdelen zijn de toepassingen
- Er gelden strenge maattoleranties bij thermische cycli
- Het bewerken van gietijzer of nikkelsuperlegeringen met hoge snelheid is de toepassing
- De kosten vormen een belangrijke beperkende factor in vergelijking met de duurdere opties
Kies voor sialon wanneer:
- Er is sprake van gesmolten aluminium, zink, messing of andere non-ferrometalen
- Er treden regelmatig ernstige thermische schokken op (snelle afwisseling tussen contact met gesmolten metaal en daarbuiten)
- Toepassingen voor thermokoppelbescherming, dompelverwarming of stijgbuis
- Chemische verwerkingsomgevingen waarin corrosiebestendigheid en gematigde temperaturen de belangrijkste belastingen vormen
Kies voor gesinterd siliciumcarbide wanneer:
- Maximale hardheid en slijtvastheid tegen schurende media is de belangrijkste eis
- De bedrijfstemperaturen liggen in de lucht boven de 1.400 °C
- Warmteoverdracht door het onderdeel heen is van belang (warmtewisselaars, ovenonderdelen)
- Er is chemische bestendigheid tegen zuren, basen of gesmolten zouten bij hoge temperaturen vereist
- Er zijn componenten van groot formaat nodig (mechanische afdichtingen, straalpijpen, ovenplaten)
Toepassingsgebieden per materiaal
De drie materialen concurreren zelden rechtstreeks met elkaar in dezelfde toepassing. In de praktijk:
- Siliciumnitride wordt op grote schaal toegepast in aandrijflijnen voor auto’s (turbocompressorrotoren, gloeibougies), lagers voor werktuigmachines en snijgereedschappen voor harde metalen.
- Sialon is toonaangevend op het gebied van apparatuur voor de non-ferro-gieterij: beschermbuizen voor thermokoppels, buizen voor dompelverwarmers, ontgassingsrotoren, stijgbuizen voor het spuitgieten van aluminium, en gietpannen en smeltkroezen waarbij de weerstand tegen gesmolten metaal van cruciaal belang is.
- Gesinterd siliciumcarbide wordt op grote schaal toegepast in mechanische afdichtingen, pompwaaiers, straalpijpen, ovenmeubilair, ovenbekledingen, warmtewisselaars, bevestigingsmiddelen voor halfgeleiderproductie en ballistische beschermingspanelen.
In de overloopzone – extreme hitte zonder andere dominante beperkende factoren – wordt de materiaalkeuze een echte technische afweging in plaats van een voor de hand liggende keuze.
Probeer Sialon Ceramics eens
Sialon Ceramics produceert sinds 1986 onderdelen van sialon en gesinterd siliciumcarbide. Of de toepassing nu vraagt om een Sialon ULTRA™-beschermbuis voor thermokoppels met een temperatuurbestendigheid tot 1.400 °C, een dompelverwarmingsbuis met 12 maanden garantie in gesmolten aluminium, of een XICAR™-component van gesinterd siliciumcarbide met een temperatuurbestendigheid tot 1.900 °C in een gecontroleerde atmosfeer – het bedrijf produceert op maat gemaakte geometrieën met toleranties van ±0,02 mm, in lengtes tot 3.000 mm.
Bekijk het volledige productassortiment op sialon.com, of neem rechtstreeks contact op met het team om uw specifieke toepassing te bespreken.
Bronnen
- Wikipedia: Sialon
- Wikipedia: Siliciumnitride
- AZoM: Siliciumnitride (Si₃N₄) – Eigenschappen en toepassingen
- AZoM: Eigenschappen en toepassingen van siliciumcarbide (SiC)
- Jack, K.H. (1976). „Sialonen en aanverwante stikstofhoudende keramische materialen.” Journal of Materials Science, 11(6): 1135–1158
- Cao, G.Z.; Metselaar, R. (1991). „α’-Sialon-keramiek: een overzicht.” Chemistry of Materials, 3(2): 242
- Wikipedia: Edward Goodrich Acheson
- Sialon-keramiek: Sialon ULTRA™-verwarmingsbuizen
ZDialer-oproep