Použití karbidu křemíku

Karbid křemíku (SiC) je extrémně tvrdý materiál s mnoha způsoby použití. S SiC se můžete setkat ve vysoce výkonných "keramických" brzdových kotoučích pro automobily nebo dokonce v keramických destičkách pro neprůstřelné vesty.

Moissanit se vyskytuje v přírodě jako vzácný minerál, ale od roku 1893 se masově vyrábí jako prášek pro použití jako brusivo. Dále se používá jako základní součást polovodičové elektroniky, která pracuje za extrémních teplot a napětí.

Vysokoteplotní žáruvzdorné materiály

Žáruvzdorné materiály z karbidu křemíku jsou vysoce výkonné materiály s vynikající pevností, odolností proti korozi a stabilitou při tepelných rázech. Karbidkřemičité žáruvzdorné materiály, které jsou k dispozici ve formě cihel nebo vyzdívek, se používají v aplikacích, jako jsou vysokoteplotní aplikace, například při výrobě roztavených solí a kyselých strusek; jejich zvláštní vlastností je odolnost proti měknutí až do 15 000 C při teplotách až do bodu tání (surovinou používanou pro tyto žáruvzdorné materiály je černý karbid křemíku [SiC]).

Karbid křemíku, běžně označovaný chemickým vzorcem SiC, je extrémně tvrdá synteticky vyráběná krystalická sloučenina složená z křemíku a uhlíku, která se přirozeně vyskytuje jako vzácný minerál moissanit; masově se však začal vyrábět v roce 1893 pro použití jako brusivo a součástky odolné proti opotřebení v průmyslu a raketových motorech; kromě toho slouží jako polovodičový substrát ve světelných diodách (LED).

Žáruvzdorné materiály z karbidu křemíku pojené jílem jsou ideální volbou pro použití ve vysokoteplotních aplikacích, protože proces spojování zajišťuje strukturální integritu při vysokých teplotách a zároveň odolnost vůči kyselinám a jiným korozivním materiálům. Kromě toho se tyto relativně levné žáruvzdorné materiály v průběhu času ukázaly jako velmi odolné; často se testují pomocí parních korozních zkoušek (fotografování, vážení a měření zkušebních vzorků před jejich vystavením působení páry po dobu 500 hodin, aby se zjistilo, jak dobře fungují při tak extrémních tlacích a teplotách).

Díly odolné proti opotřebení

Karbid křemíku lze použít pro celou řadu aplikací odolných proti opotřebení. Díky své vynikající pevnosti, tvrdosti, trvanlivosti, odolnosti proti chemickému působení a teplotní odolnosti je karbid křemíku vynikajícím materiálem proti opotřebení oceli a metalurgických slitin, takže je vhodný pro náhradu kovových válců nebo dílů v ocelových válcovnách, pískových čerpadlech, hydrocyklonech, drtičích nebo trubkách vložek válců.

Další výhodou je bezelektrické pokovování, které umožňuje důslednější nanášení bez vzniku nesrovnalostí typických pro tradiční procesy niklování, což zajišťuje, že ostré rohy a prohlubně zůstanou ostré bez nánosů hran, zatímco průchozí otvory zůstanou neporušené a nezměněné v téměř jakékoli geometrické konfiguraci.

Karbid křemíku vyniká mezi materiály pro elektronická zařízení svou vynikající teplotní odolností a jedinečnou atomární strukturou a nabízí výjimečné polovodičové vlastnosti, díky nimž je vhodný pro výrobu elektronických zařízení. Jeho odolnost vůči teplotním výkyvům je až desetkrát vyšší než u křemíku, který je základním materiálem při výrobě polovodičů, a také odolnost vůči teplotním šokům a schopnost odolávat velmi vysokým tlakům. Karbid křemíku je široce využíván jako důležitá součást výkonových polovodičů pro vysokonapěťové generátory a palubní nabíječky pro hybridní systémy a systémy nabíjení elektrických vozidel a také jako náhrada drahých, ale pro životní prostředí nebezpečných lithiových baterií.

Polovodičová zařízení

Karbid křemíku se v čisté formě chová jako elektrický izolant, ale po modifikaci nečistotami nebo dopujícími látkami se jeho elektrická vodivost změní na polovodivost, která nepropouští volný proud, ale ani ho neodpuzuje. Díky těmto polovodivým vlastnostem je karbid křemíku vhodný pro vytváření elektronických zařízení, která zesilují, přepínají nebo převádějí signály v elektrických obvodech.

Zařízení z karbidu křemíku mají výhodu v tom, že mají širokou pásmovou mezeru, která jim umožňuje pracovat při vyšších teplotách a frekvencích než tradiční polovodiče, což je činí vhodnými pro průmyslové účely a poskytuje výrazné zvýšení energetické účinnosti ve srovnání s jejich křemíkovými protějšky.

Napájecí zařízení z karbidu křemíku jsou široce využívána v železničních tranzitních systémech ke snížení energetických ztrát a zvýšení účinnosti přenosu zátěže, zatímco se používají také v solárních střídačích a zařízeních pro ukládání energie ke zvýšení účinnosti a spolehlivosti.

Dynamika trhu s karbidem křemíku se neustále vyvíjí, protože nové aplikace jsou hnacím motorem jeho rozšíření a poptávky. Mezi aplikace patří průmysl výkonové elektroniky, automobilový a letecký průmysl. Růst trhu s karbidem křemíku pro výkonovou elektroniku se do roku 2021 předpokládá na úrovni více než 27% v důsledku rostoucí poptávky po elektromobilech a infrastruktuře 5G spolu s rychlonabíjecími stanicemi; v důsledku toho musí dojít k rozšíření kapacit a investicím do nových technologií, aby bylo možné zajistit účinná napájecí zařízení pro jejich podporu.

Chemické zpracování

Karbid křemíku (SiC) je extrémně tvrdá, synteticky vyráběná sloučenina křemíku a uhlíku s tvrdostí 9 stupňů podle Mohsovy stupnice a je téměř stejně tvrdá jako diamant. SiC lze nalézt uplatnění v různých aplikacích, od abrazivních obráběcích procesů, jako je pískování a broušení, až po otěruvzdorné díly pro průmyslové pece, otěruvzdorné díly pro výrobní substráty světelných diod a světelné diody (LED).

Žáruvzdorné materiály lze použít také v kompozitních materiálech, jako jsou například neprůstřelné vesty. Jejich pevnost a odolnost jim umožňuje odolat nárazům střel s vysokou rychlostí, zatímco jejich nízký průřez neutronů je chrání před poškozením zářením.

K vytvoření SiC lze použít reakční spojování i slinování, přičemž každé z nich vytváří ve výsledném materiálu jinou mikrostrukturu. Reakčně vázaný SiC se vyrábí infiltrací kompaktů směsi SiC a uhlíku kapalným křemíkem, který reaguje s uhlíkem a vytváří další částice SiC, které pak spojí ty původní. Slinutý SiC lze také vyrobit pomocí čistého prášku SiC smíchaného s neoxidovými spékacími přísadami a zahřátého při zvýšené teplotě, dokud nedojde k tuhnutí.

Společnost American Elements nabízí rozsáhlý výběr prvotřídních tavených zrn a prášků oxidu křemičitého a karbidu vhodných pro použití v žáruvzdorných materiálech, leteckém a automobilovém průmyslu, chemickém a potravinářském průmyslu a v mnoha dalších odvětvích. Naše moderní zařízení na drcení, mletí a třídění nám umožňuje vyrábět tato zrna, která překračují normy ANSI, FEPA a JIS.