Prášek karbidu křemíku je extrémně odolný abrazivní a žáruvzdorný materiál používaný při výrobě vysokoteplotních elektronických zařízení.
Výroba zahrnuje zahřívání křemičitého písku se zdroji uhlíku, jako je ropný koks, v elektrické obloukové peci za vzniku černých a zelených karbidů křemíku; černý křemík obsahuje příměsi železa, což způsobuje tmavší odstíny jeho povrchové úpravy.
Vlastnosti
Karbid křemíku (SiC) je průmyslový minerál složený z křemíku a uhlíku, který našel široké uplatnění v průmyslu jako brusivo - od smirkového papíru a brusných kotoučů přes vyzdívky průmyslových pecí a neprůstřelné keramické desky vest až po polovodičové substráty pro světelné diody (LED). SiC se také vyskytuje v přírodě jako minerál moissanit. SiC se v přírodě vyskytuje také jako minerál moissanit. SiC se v přírodě vyskytuje také jako moissanit. SiC má mnoho aplikací, včetně použití jako žáruvzdorné vyzdívky průmyslových pecí i keramických desek používaných u neprůstřelných vest pro světelné diody - vyskytuje se dokonce přirozeně jako minerál moissanit.
Hliník se vyznačuje vynikající odolností proti oděru, odolává teplotám až 1400 °C, aniž by výrazněji klesla jeho pevnost. Kromě toho je odolný vůči korozi většiny běžných anorganických kyselin, solí a louhů; za určitých okolností však může korodovat, například při kontaktu s kyselými fluoridy nebo fluorovodíkovými kyselinami.
SiC je elektricky izolační materiál s vysokou pevností v tahu a nízkou měrnou hmotností, který je chemicky stabilní a má elektrické izolační vlastnosti a nabízí dobrou chemickou stabilitu i nemagnetické vlastnosti. Taví se při teplotě 2080 stupňů Celsia. Těsně zabalená struktura SiC umožňuje tetraedrickou koordinaci mezi atomy křemíku a uhlíku pro vysoký poměr pevnosti k hmotnosti a vlastnosti tepelné vodivosti.
Prášky karbidu křemíku lze vyrábět v různých stupních čistoty, krystalových strukturách a velikostech částic. Lze je vyrábět různými procesy - karbotermickou redukcí Achesonovým procesem nebo polymerní konverzí a také vysokoteplotními chemickými reakcemi v plynné fázi - přičemž k jejich vytvoření vedou různé metody. Po přípravě lze tyto prášky použít při výrobě keramických výrobků, jako jsou žáruvzdorné tvary pro průmyslové pece nebo elektroizolační prvky pro elektronická zařízení, například mikroprocesory.
Aplikace
Prášek karbidu křemíku lze využít v mnoha aplikacích. Karbid křemíku je velmi houževnatý materiál s vynikající tepelnou vodivostí a chemickou odolností, který odolává extrémním teplotám od roztaveného skla až do 1 400 stupňů Celsia (2 552 stupňů F). Karbid křemíku se často vyskytuje jako součást žáruvzdorných materiálů, jako je keramika, sklo a stěny pecí - a dokonce i brusné kotouče a brusné papíry se vyrábějí s použitím jeho přísad. Kromě toho slouží karbid křemíku jako nedílný materiál ve vysokoteplotních polovodičích a elektronice.
Uhlík lze nalézt také v kompozitních materiálech, jako je karbid křemíku vyztužený uhlíkovými vlákny (CFRC), který se běžně používá v automobilových brzdách a neprůstřelných vestách díky své vynikající pevnosti v tahu a schopnosti odolávat nárazům s vysokou rychlostí.
Slinutý oxid křemičitý se často vyrábí pomocí vysokotlakého slinování při teplotách dosahujících až 11 000 stupňů Celsia. Výsledný produkt má extrémně hustou strukturu složenou ze čtyř atomů křemíku a čtyř atomů uhlíku vázaných v tetraedrickém uspořádání, nemagnetické vlastnosti a odolává většině chemických látek včetně alifatických uhlovodíků, zásad, organických kyselin a roztavených solí; neodolává však silným oxidačním činidlům, jako je kyselina fluorovodíková a fluorid draselný.
Příprava
Karbid křemíku je extrémně tvrdý žáruvzdorný materiál používaný v aplikacích, jako jsou brusné kotouče, brusné kameny, řezné nástroje, pískování, frézy pro vodní paprsek a keramika. Kromě toho hraje nedílnou roli ve vysokoteplotních pecích používaných k vypalování skla a keramiky při vysokých teplotách. K dispozici je v různých velikostech částic pro specifické použití a také v černé nebo bílé formě - nejčastěji v první (krystalová struktura wurtzitu) a druhé (zinkový blendu).
Prášek a-SiC má hexagonální krystalickou strukturu a Mohsovu tvrdost 7. Díky vysokému bodu tání a silné tepelné vodivosti odolává extrémním podmínkám a nemá problémy s toxicitou ani s nerozpustností ve vodě nebo alkoholu. Kromě toho je díky své odolnosti vůči organickým kyselinám, zásadám, solím a kyselým fluoridům vhodný pro mnoho použití v průmyslu a strojírenství.
Pokročilé aplikace vyžadují výrobu větších monokrystalů b-SiC metodou Lely, aby z nich bylo možné vybrousit drahokamy známé jako syntetický moissanit. SiC lze také spojovat pomocí pryskyřic nebo polymerů do vláken používaných ke zpevnění kovů a jiných materiálů.
Vynález se týká postupu výroby prášků b-SiC smícháním zdroje Si obsahujícího Si a C s přebytkem uhlíku, zahřátím kompozice a jejím následným filtrováním, promýváním a sušením. Po dokončení lze tyto prášky b-SiC snadno rozmělnit následnými procesy, jako je filtrační praní sušení.
Úložiště
Karbid křemíku je jednou z nejtvrdších látek na světě a svou tvrdostí se vyrovná diamantu a karbidu boru. Karbid křemíku se používá v aplikacích, které vyžadují tepelné a mechanické vlastnosti, jako jsou materiály odolné proti opotřebení, žáruvzdorné materiály, keramika, polovodiče a polovodičová brusiva a aplikace odolné proti opotřebení; povlaky odolné proti opotřebení; odolnost proti tepelným šokům; nízká míra tepelné roztažnosti a vysoká elektrická vodivost, a nabízí tak výjimečnou pevnost, trvanlivost a vlastnosti elektrické vodivosti, které z něj činí univerzální volbu materiálu.
Letecký a kosmický průmysl se ve velké míře spoléhá na práškové komponenty SiC, které odolávají extrémnímu teplu a tlaku, včetně brzdových systémů používaných v automobilech, které zlepšují výkon a zároveň snižují opotřebení rotorů a bubnů. V polovodičovém průmyslu se zase používá v zařízeních na zpracování destiček, aby se efektivněji řídilo teplo, a také v keramických deskách neprůstřelných vest, které chrání vojáky před nárazy s vysokou rychlostí.
Černý karbid křemíku se vyrábí v elektrické odporové peci při vysokých teplotách za použití křemenného písku a ropného koksu jako primárních surovin. Má průměrnou tvrdost mezi taveným oxidem hlinitým a syntetickým diamantem a lze jej použít jako brusný materiál při zpracování materiálů s nízkou pevností v tahu, jako je litina, neželezné kovy, kámen, kůže a guma. Kromě toho se černý karbid křemíku často používá při výrobě žáruvzdorných materiálů a metalurgických přísad.