استخدامات كربيد السيليكون

كربيد السيليكون (SiC) هو مادة شديدة الصلابة ذات استخدامات عديدة. قد تصادف مادة SiC في أقراص المكابح "السيراميكية" عالية الأداء للسيارات أو حتى كصفائح سيراميك للسترات الواقية من الرصاص.

يوجد المويسانيت بشكل طبيعي كمعدن نادر، ومع ذلك تم إنتاجه بكميات كبيرة كمسحوق منذ عام 1893 لاستخدامه كمادة كاشطة. وعلاوة على ذلك، يستخدم كعنصر أساسي في الإلكترونيات شبه الموصلة التي تعمل تحت درجات حرارة وظروف جهد كهربائي شديدة.

الحراريات ذات درجة الحرارة العالية

الحراريات المصنوعة من كربيد السيليكون هي مواد عالية الأداء ذات قوة متميزة ومقاومة للتآكل وثبات الصدمات الحرارية. تُستخدم حراريات كربيد السيليكون، المتوفرة في شكل طوب أو بطانات، في تطبيقات مثل تطبيقات درجات الحرارة العالية مثل إنتاج الأملاح المنصهرة والخبث الحمضي؛ وتتمثل ميزتها الخاصة في مقاومتها للتليين حتى 15000 درجة مئوية في درجات حرارة عالية تصل إلى درجة انصهار هذه الأخيرة (كربيد السيليكون الأسود [SiC] هو المادة الخام المستخدمة في هذه الحراريات).

كربيد السيليكون، الذي يشار إليه عادةً بصيغته الكيميائية SiC، هو مركب بلوري شديد الصلابة يتم إنتاجه صناعياً ويتكون من السيليكون والكربون ويوجد بشكل طبيعي كمعدن المويسانيت النادر؛ ومع ذلك، بدأ إنتاجه بكميات كبيرة في عام 1893 لاستخدامه كمادة كاشطة وأجزاء مقاومة للتآكل في الصناعة ومحركات الصواريخ؛ بالإضافة إلى أنه يعمل كركيزة شبه موصلة في الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED).

تُعد حراريات كربيد السيليكون المرتبطة بالطين خيارًا مثاليًا للاستخدام في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، حيث تضمن عملية الربط السلامة الهيكلية في درجات الحرارة العالية مع مقاومة الأحماض والمواد الأخرى المسببة للتآكل. وعلاوة على ذلك، أثبتت هذه الحراريات غير المكلفة نسبيًا أنها متينة للغاية بمرور الوقت؛ وغالبًا ما يتم اختبارها باستخدام اختبارات التآكل بالبخار (تصوير عينات الاختبار ووزنها وقياسها قبل تعريضها للبخار لمدة 500 ساعة لمعرفة مدى جودة أدائها تحت هذه الضغوط ودرجات الحرارة القصوى).

أجزاء مقاومة للاهتراء

يمكن استخدام كربيد السيليكون في مجموعة من التطبيقات المقاومة للتآكل. ونظرًا لقوته الفائقة وصلابته ومتانته ومقاومته للهجوم الكيميائي ومقاومته لدرجات الحرارة، فإن كربيد السيليكون يشكل مادة ممتازة لمكافحة تآكل الفولاذ والسبائك المعدنية، مما يجعله مناسبًا لاستبدال البكرات أو الأجزاء المعدنية في مصانع الدرفلة الفولاذية أو مضخات الرمل أو الفوهات الهيدروسيكلية أو الكسارات أو أنابيب بطانة الأسطوانات.

يوفر الطلاء غير الكهربائي ميزة أخرى؛ حيث يتيح ذلك تطبيقه بشكل أكثر اتساقًا دون إحداث تناقضات نموذجية في عمليات الطلاء بالنيكل التقليدية، مما يضمن بقاء الزوايا الحادة والتجاويف حادة دون تراكم الحواف بينما تظل الثقوب من خلال الثقوب غير متضررة وغير متغيرة في أي تكوين هندسي تقريبًا.

يبرز كربيد السيليكون بين مواد الأجهزة الإلكترونية لمقاومته الفائقة لدرجات الحرارة وبنيته الذرية الفريدة، مما يوفر خصائص أشباه موصلات استثنائية تجعله مناسبًا تمامًا لتصنيع الأجهزة الإلكترونية. وتصل مقاومته للتغيرات في درجات الحرارة إلى 10 أضعاف مقاومة السيليكون، وهي المادة المستخدمة في إنتاج أشباه الموصلات، فضلاً عن مقاومته للصدمات الحرارية وقدرته على تحمل الضغوط العالية جداً. يُستخدم كربيد السيليكون على نطاق واسع كمكون مهم في أشباه موصلات الطاقة لمولدات الجهد العالي والشواحن الداخلية لأنظمة شحن السيارات الهجينة والكهربائية، بالإضافة إلى استخدامه كبديل لبطاريات الليثيوم باهظة الثمن ولكنها خطرة بيئياً.

أجهزة أشباه الموصلات

يعمل كربيد السيليكون في شكله النقي كعازل كهربائي؛ ولكن عند تعديله بالشوائب أو عوامل التنشيش، تتغير موصلية السيليكون الكهربائية لتظهر خصائص شبه التوصيل الكهربائي، فلا يسمح بتدفق التيار الحر ولكنه لا يصده أيضاً. هذه الخصائص شبه الموصلية تجعل كربيد السيليكون مناسبًا لصنع أجهزة إلكترونية تعمل على تضخيم الإشارات أو تبديلها أو تحويلها في الدوائر الكهربائية.

تستفيد أجهزة كربيد السيليكون من وجود فجوة نطاق واسعة تسمح لها بالعمل في درجات حرارة وترددات أعلى من أشباه الموصلات التقليدية، مما يجعلها مناسبة للسياقات الصناعية وتوفر مكاسب كبيرة في كفاءة الطاقة مقارنة بنظيراتها من السيليكون.

تُستخدم أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون على نطاق واسع في أنظمة النقل بالسكك الحديدية لتقليل فقد الطاقة وتعزيز كفاءة حمل الأحمال، كما أنها تُستخدم في محولات الطاقة الشمسية وأجهزة تخزين الطاقة لتحسين الكفاءة والموثوقية.

تتطور ديناميكيات سوق كربيد السيليكون باستمرار، حيث تدفع التطبيقات الجديدة توسعها والطلب عليها. وتشمل التطبيقات صناعة إلكترونيات الطاقة والسيارات والفضاء. من المتوقع أن يصل نمو سوق كربيد السيليكون لإلكترونيات الطاقة إلى أكثر من 271 تيرابايت 3 تيرابايت بحلول عام 2021 بسبب ارتفاع الطلب على السيارات الكهربائية والبنية التحتية للجيل الخامس إلى جانب محطات الشحن السريع؛ ونتيجة لذلك، يجب توسيع السعة والاستثمار في التقنيات الجديدة لتوفير أجهزة طاقة فعالة لدعمها.

المعالجة الكيميائية

كربيد السيليكون (SiC) هو مركب شديد الصلابة يتم إنتاجه صناعياً من السيليكون والكربون مع معدل صلابة موس 9 وهو تقريباً بنفس صلابة الماس. يمكن العثور على كربيد السيليكون في تطبيقات تتراوح بين عمليات التصنيع الكاشطة مثل السفع الرملي والطحن إلى الأجزاء المقاومة للتآكل للأفران الصناعية، والأجزاء المقاومة للتآكل لركائز إنتاج الصمام الثنائي الباعث للضوء والصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED).

كما يمكن استخدام الحراريات في المواد المركبة، مثل تلك الموجودة في السترات الواقية من الرصاص. وتسمح لها قوتها ومتانتها بتحمل صدمات الرصاص ذات السرعة العالية بينما يحميها معدل المقطع العرضي النيوتروني المنخفض من التلف الإشعاعي.

يمكن استخدام كل من الترابط التفاعلي والتلبيد لإنشاء سيكلور السيليكون، وينتج كل منهما بنى مجهرية مختلفة في المادة النهائية. يتم إنتاج كلوريد السيليكون المترابط بالتفاعل عن طريق تسرب مخاليط من مخاليط كلوريد السيليكون والكربون مع السيليكون السائل، الذي يتفاعل مع الكربون لتشكيل المزيد من جزيئات كلوريد السيليكون التي تربط الجزيئات الأولية. ويمكن أيضًا إنتاج كلوريد السيليكون الملبد باستخدام مسحوق كلوريد السيليكون النقي الممزوج بمواد مساعدة للتلبيد غير الأكسيدية وتسخينه في درجات حرارة مرتفعة حتى يحدث التصلب.

تقدم شركة American Elements مجموعة واسعة من حبيبات ومساحيق السيليكا والكربيد المنصهرة الممتازة المناسبة للتطبيقات في الصناعات الحرارية والفضائية والسيارات والصناعات الغذائية الكيميائية وغيرها الكثير. تمكننا معدات التكسير والطحن والتصنيف المتقدمة لدينا من إنتاج هذه الحبوب التي تتجاوز معايير ANSI و FEPA و JIS.