Siliziumkarbid-Pulver

Siliziumkarbidpulver ist ein extrem widerstandsfähiges Schleifmittel und feuerfestes Material, das bei der Herstellung von Hochtemperatur-Elektronikgeräten verwendet wird.

Bei der Herstellung wird Quarzsand mit Kohlenstoffquellen wie Petrolkoks in einem elektrischen Lichtbogenofen erhitzt, um sowohl schwarze als auch grüne Siliziumkarbide zu bilden; schwarzes Silizium enthält Eisenverunreinigungen, was zu dunkleren Farbtönen in der Oberfläche führt.

Eigenschaften

Siliciumcarbid (SiC) ist ein Industriemineral, das aus Silicium und Kohlenstoff besteht und in der Industrie weithin als Schleifmittel eingesetzt wird - von Sandpapier und Schleifscheiben über Industrieofenauskleidungen und kugelsichere Keramikplatten für Westen bis hin zu Halbleitersubstraten für Leuchtdioden (LEDs). SiC kommt auch in der Natur als Mineral Moissanit vor. SiC kommt auch in der Natur als Moissanit-Mineral vor. SiC kommt auch in der Natur als Moissanit vor. SiC wird in vielen Bereichen eingesetzt, u. a. als feuerfeste Auskleidung von Industrieöfen sowie als Keramikplatten für kugelsichere Westen für Leuchtdioden - es kommt sogar in der Natur als Moissanit vor.

Aluminium zeichnet sich durch eine hervorragende Abriebfestigkeit aus und hält Temperaturen bis zu 1400 Grad Celsius aus, ohne dass seine Festigkeit nennenswert nachlässt. Darüber hinaus ist es korrosionsbeständig gegenüber den meisten gängigen anorganischen Säuren, Salzen und Laugen; allerdings kann es unter bestimmten Umständen korrodieren, etwa wenn es mit sauren Fluoriden oder Flusssäuren in Berührung kommt.

SiC ist ein elektrisch isolierendes Material mit hoher Zugfestigkeit und niedrigem spezifischem Gewicht, das sowohl chemisch stabil als auch elektrisch isolierend ist und eine gute chemische Stabilität sowie nichtmagnetische Eigenschaften aufweist. Es schmilzt bei 2080 Grad Celsius. Die dicht gepackte Struktur von SiC ermöglicht eine tetraedrische Koordination zwischen Silizium- und Kohlenstoffatomen, was zu einem hohen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Wärmeleitfähigkeit führt.

Pulver aus Siliciumcarbid können in verschiedenen Reinheitsgraden, Kristallstrukturen und Partikelgrößen hergestellt werden. Sie können mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden - karbothermische Reduktion nach dem Acheson-Verfahren oder Polymerumwandlung sowie chemische Hochtemperaturreaktionen in der Gasphase -, wobei verschiedene Methoden zu ihrer Entstehung führen. Nach ihrer Herstellung können diese Pulver zur Herstellung von keramischen Erzeugnissen wie feuerfesten Formen für Industrieöfen oder elektrischen Isolierelementen für elektronische Geräte wie Mikroprozessoren verwendet werden.

Anwendungen

Siliziumkarbidpulver kann in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden. Als sehr zähes Material mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit und chemischer Beständigkeit widersteht Siliciumcarbid extremen Temperaturen, die von geschmolzenem Glas bis zu 1.400 Grad Celsius (2.552 Grad Fahrenheit) reichen. Siliciumcarbid ist häufig Bestandteil von feuerfesten Materialien wie Keramik, Glas und Wänden von Brennöfen - und sogar Schleifscheiben und Schleifpapier werden unter Verwendung dieses Zusatzstoffes hergestellt. Darüber hinaus dient Siliciumcarbid als integraler Werkstoff in Hochtemperatur-Halbleitern und elektronischen Anwendungen.

Kohlenstoff findet sich auch in Verbundwerkstoffen wie kohlenstofffaserverstärktem Siliziumkarbid (CFK), das aufgrund seiner hervorragenden Zugfestigkeit und seiner Fähigkeit, hohen Aufprallgeschwindigkeiten standzuhalten, häufig in Autobremsen und kugelsicheren Westen verwendet wird.

Gesintertes Siliziumdioxid wird häufig durch Hochdruck-Sintern bei Temperaturen von bis zu 11.000 Grad Celsius hergestellt. Das Endprodukt zeichnet sich durch eine extrem dicht gepackte Struktur aus, die aus vier tetraedrisch gebundenen Silizium- und vier Kohlenstoffatomen besteht. Es ist nicht magnetisch und widersteht den meisten Chemikalien, einschließlich aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Laugen, organischen Säuren und geschmolzenen Salzen; es kann jedoch starken Oxidationsmitteln wie Flusssäure und Kaliumfluorid nicht widerstehen.

Vorbereitung

Siliziumkarbid ist ein extrem hartes, feuerfestes Material, das unter anderem in Schleifscheiben, Wetzsteinen, Schneidwerkzeugen, Sandstrahlern, Wasserstrahlschneidern und Keramik verwendet wird. Außerdem spielt es eine wichtige Rolle in Hochtemperaturöfen, die zum Brennen von Gläsern und Keramiken bei hohen Temperaturen verwendet werden. Erhältlich in verschiedenen Partikelgrößen für spezifische Verwendungszwecke sowie in schwarzer oder weißer Form - am häufigsten in der ersten (Wurtzit-Kristallstruktur) und der zweiten (Zinkblende).

Ein a-SiC-Pulver hat eine hexagonale Kristallstruktur und eine Mohshärte von 7. Mit seinem hohen Schmelzpunkt und seiner starken Wärmeleitfähigkeit kann es extremen Bedingungen standhalten und ist weder toxisch noch unlöslich in Wasser oder Alkohol. Aufgrund seiner Beständigkeit gegen organische Säuren, Laugen, Salze und saure Fluoride eignet es sich für viele Anwendungen in Industrie und Technik.

Für fortgeschrittene Anwendungen müssen größere Einkristalle aus b-SiC nach der Lely-Methode hergestellt werden, die dann zu Edelsteinen, dem so genannten synthetischen Moissanit, geschliffen werden können. SiC kann auch mit Harzen oder Polymeren zu Fasern verbunden werden, die zur Verstärkung von Metallen und anderen Materialien verwendet werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von b-SiC-Pulvern durch Mischen einer Si- und C-haltigen Quelle mit einem Überschuss an Kohlenstoff, Erhitzen der Zusammensetzung und anschließendes Filtrieren, Waschen und Trocknen derselben. Nach Fertigstellung können diese b-SiC-Pulver durch nachfolgende Prozesse wie Filtrationswaschen und Trocknen leicht pulverisiert werden.

Lagerung

Siliciumcarbid ist eine der härtesten Substanzen der Welt und steht in puncto Härte in Konkurrenz zu Diamant und Borkarbid. Siliziumkarbid wird in Anwendungen eingesetzt, die thermische und mechanische Eigenschaften erfordern, wie z. B. verschleißfeste Werkstoffe, feuerfeste Materialien, Keramik, Halbleiter und Halbleiterschleifmittel sowie verschleißfeste Anwendungen; verschleißfeste Beschichtungen; Temperaturwechselbeständigkeit; niedrige thermische Ausdehnungsraten und hohe elektrische Leitfähigkeit; Siliziumkarbid bietet außergewöhnliche Festigkeit, Haltbarkeit und elektrische Leitfähigkeitseigenschaften, die es zu einem vielseitigen Werkstoff machen.

Die Luft- und Raumfahrtindustrie verlässt sich in hohem Maße auf Komponenten aus SiC-Pulver, die extremer Hitze und extremem Druck standhalten, sowie auf Bremssysteme, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, um die Leistung zu verbessern und gleichzeitig den Verschleiß von Rotoren und Trommeln zu verringern. In der Halbleiterindustrie wird es in Wafer-Verarbeitungsanlagen verwendet, um die Hitze besser zu kontrollieren, und für Keramikplatten für kugelsichere Westen, die Soldaten vor Hochgeschwindigkeitsstößen schützen.

Schwarzes Siliciumcarbid wird in einem elektrischen Widerstandsofen bei hohen Temperaturen unter Verwendung von Quarzsand und Petrolkoks als Primärrohstoffe hergestellt. Es hat eine durchschnittliche Härte, die zwischen Schmelzkorund und synthetischem Diamant liegt, und kann als Schleifmittel bei der Bearbeitung von Materialien mit geringer Zugfestigkeit wie Gusseisen, Nichteisenmetallen, Gestein, Leder und Gummi verwendet werden. Außerdem wird schwarzes Siliciumcarbid häufig zur Herstellung von feuerfesten Materialien und metallurgischen Zusätzen verwendet.