Piikarbidin käyttötarkoitukset

Piikarbidi (SiC) on erittäin kova materiaali, jolla on lukuisia käyttötarkoituksia. SiC:hen voi törmätä autojen suorituskykyisissä "keraamisissa" jarrulevyissä tai jopa luodinkestävien liivien keraamisissa levyissä.

Moissanite esiintyy luonnossa harvinaisena mineraalina, mutta sitä on tuotettu massatuotantona jauheena vuodesta 1893 lähtien käytettäväksi hioma-aineena. Lisäksi sitä käytetään olennaisena osana puolijohde-elektroniikassa, joka toimii äärimmäisissä lämpötiloissa ja jänniteolosuhteissa.

Korkean lämpötilan tulenkestävät aineet

Piikarbidiset tulenkestävät aineet ovat erittäin suorituskykyisiä materiaaleja, joilla on erinomainen lujuus, korroosionkestävyys ja lämpöshokkien kestävyys. Piikarbidista valmistettuja tulenkestäviä materiaaleja on saatavana tiilinä tai vuorauksina, ja niitä käytetään esimerkiksi korkeissa lämpötiloissa, kuten sulan suolan ja happaman kuonan tuotannossa; niiden erityispiirteenä on, että ne kestävät pehmenemistä jopa 15000 C:n lämpötiloissa, jotka ovat yhtä korkeita kuin jälkimmäisen sulamispiste (näiden tulenkestävien materiaalien raaka-aineena käytetään mustaa piikarbidia [SiC]).

Piikarbidi, jota kutsutaan yleisesti kemiallisella kaavalla SiC, on erittäin kova synteettisesti tuotettu kiteinen yhdiste, joka koostuu piistä ja hiilestä ja jota esiintyy luonnossa harvinaisena mineraalina moissanite; massatuotanto alkoi kuitenkin vuonna 1893 käytettäväksi hioma-aineina ja kulumista kestävinä osina teollisuudessa ja rakettimoottoreissa; lisäksi sitä käytetään puolijohdealustana valodiodeissa (LED).

Savella sidotut piikarbidiset tulenkestävät aineet ovat ihanteellinen valinta käytettäväksi korkean lämpötilan sovelluksissa, koska sidosprosessi takaa rakenteellisen eheyden korkeissa lämpötiloissa ja kestää samalla happoja ja muita syövyttäviä aineita. Lisäksi nämä suhteellisen edulliset tulenkestävät aineet ovat osoittautuneet ajan mittaan erittäin kestäviksi; ne testataan usein höyrykorroosiotesteillä (testikappaleiden valokuvaaminen, punnitseminen ja mittaaminen ennen kuin ne altistetaan höyrylle 500 tunnin ajaksi sen selvittämiseksi, kuinka hyvin ne toimivat tällaisissa äärimmäisissä paineissa ja lämpötiloissa).

Kulutusta kestävät osat

Piikarbidia voidaan käyttää monissa kulutusta kestävissä sovelluksissa. Ylivoimaisen lujuutensa, kovuutensa, kestävyytensä, kemiallisen kestävyytensä ja lämpötilankestävyytensä ansiosta piikarbidi on erinomainen materiaali teräksen ja metallurgisten seosten kulumisen torjuntaan, joten se soveltuu korvaamaan metallirullia tai osia teräsvalssaamoissa, hiekkapumpuissa, hydrosykloneissa, murskaimissa tai sylinterin vuorausputkissa.

Sähkötön pinnoitus tarjoaa toisenkin edun: sen ansiosta sitä voidaan käyttää johdonmukaisemmin ilman perinteisille nikkelipinnoitusprosesseille tyypillisiä epäjohdonmukaisuuksia, mikä takaa, että terävät kulmat ja syvennykset pysyvät terävinä ilman reunojen muodostumista, kun taas läpiviennit pysyvät häiriöttöminä ja muuttumattomina lähes missä tahansa geometrisessa kokoonpanossa.

Piikarbidi erottuu elektroniikkalaitteiden materiaalien joukosta erinomaisen lämpötilankestävyytensä ja ainutlaatuisen atomirakenteensa ansiosta, sillä se tarjoaa poikkeuksellisia puolijohdeominaisuuksia, joiden ansiosta se soveltuu hyvin elektroniikkalaitteiden valmistukseen. Karbidi kestää lämpötilanvaihteluita jopa 10 kertaa paremmin kuin pii, joka on puolijohdetuotannossa käytetyin materiaali, ja se kestää myös lämpöshokkeja ja hyvin korkeita paineita. Piikarbidia käytetään laajalti tärkeänä komponenttina tehopuolijohteissa, joita käytetään suurjännitegeneraattoreissa ja hybridi- ja sähköajoneuvojen latausjärjestelmissä sekä korvaamaan kalliita mutta ympäristölle vaarallisia litiumakkuja.

Puolijohdekomponentit

Puhtaassa muodossaan piikarbidi toimii sähköisenä eristeenä, mutta kun sitä muokataan epäpuhtauksilla tai seostusaineilla, sen sähkönjohtavuus muuttuu puolijohdeominaisuuksiksi, jotka eivät päästä vapaata virtaa virtaamaan, mutta eivät myöskään hylkää sitä. Näiden puolijohtavuusominaisuuksien ansiosta piikarbidi soveltuu elektronisten laitteiden luomiseen, jotka vahvistavat, kytkevät tai muuntavat signaaleja sähköpiireissä.

Piikarbidilaitteiden etuna on leveä kaistaleveys, jonka ansiosta ne voivat toimia perinteisiä puolijohteita korkeammissa lämpötiloissa ja korkeammilla taajuuksilla, mikä tekee niistä sopivia teollisiin käyttötarkoituksiin ja mahdollistaa merkittävän tehohyötysuhteen parantamisen piistä valmistettuihin laitteisiin verrattuna.

Piikarbidin teholaitteita käytetään laajalti rautatieliikennejärjestelmissä vähentämään energiahäviöitä ja parantamaan kuormansiirtotehokkuutta, ja niitä käytetään myös aurinkoenergian vaihtosuuntaajissa ja energiavarastointilaitteissa tehokkuuden ja luotettavuuden parantamiseksi.

Piikarbidin markkinoiden dynamiikka kehittyy jatkuvasti, sillä uudet sovellukset edistävät sen laajentumista ja kysyntää. Käyttökohteita ovat muun muassa tehoelektroniikkateollisuus, autoteollisuus ja ilmailu- ja avaruusala. Tehoelektroniikan piikarbidimarkkinoiden kasvun ennustetaan olevan yli 27% vuoteen 2021 mennessä, koska sähköajoneuvojen ja 5G-infrastruktuurin kysyntä sekä nopeiden latausasemien kysyntä kasvaa; tämän seurauksena kapasiteettia on laajennettava ja uusiin teknologioihin on investoitava, jotta voidaan tarjota tehokkaita teholaitteita niiden tueksi.

Kemiallinen käsittely

Piikarbidi (SiC) on erittäin kova, synteettisesti valmistettu piin ja hiilen yhdiste, jonka Mohsin kovuusluokka on 9 ja joka on lähes yhtä kova kuin timantti. SiC:tä käytetään sovelluksissa, jotka vaihtelevat hiovista työstöprosesseista, kuten hiekkapuhalluksesta ja hionnasta, teollisuusuunien kulutusta kestäviin osiin, valodiodien valmistusalustojen kulutusta kestäviin osiin ja valodiodien (LED) valmistukseen.

Tulenkestäviä aineita voidaan käyttää myös komposiittimateriaaleissa, kuten luotiliiveissä. Niiden lujuuden ja kestävyyden ansiosta ne kestävät luodin iskuja suurella nopeudella, kun taas niiden alhainen neutronien poikkileikkausnopeus suojaa niitä säteilyvaurioilta.

SiC:n valmistukseen voidaan käyttää sekä reaktioliimoitusta että sintrausta, jotka molemmat tuottavat lopulliseen materiaaliin erilaisia mikrorakenteita. Reaktiosidottu SiC valmistetaan infiltroimalla SiC:n ja hiilen seoksista koostuvat tiivisteet nestemäisellä piillä, joka reagoi hiilen kanssa muodostaen lisää SiC-hiukkasia, jotka sitten yhdistävät alkuperäiset hiukkaset. Sintrattua piikarbidia voidaan valmistaa myös käyttämällä puhdasta piikarbidijauhetta, johon on sekoitettu oksidittomia sintrauksen apuaineita ja jota kuumennetaan korkeissa lämpötiloissa, kunnes se jähmettyy.

American Elements tarjoaa laajan valikoiman ensiluokkaisia sulatettuja piidioksidi- ja karbidijyviä ja -jauheita, jotka soveltuvat tulenkestävien aineiden, ilmailu- ja avaruusteollisuuden, autoteollisuuden, kemianteollisuuden, elintarviketeollisuuden ja monien muiden alojen sovelluksiin. Kehittyneiden murskaus-, jauhatus- ja luokittelulaitteidemme avulla voimme tuottaa näitä rakeet, jotka ylittävät ANSI-, FEPA- ja JIS-standardit.