Zastosowania węglika krzemu

Węglik krzemu (SiC) to niezwykle twardy materiał o licznych zastosowaniach. Można natknąć się na SiC w wysokowydajnych "ceramicznych" tarczach hamulcowych do samochodów lub nawet jako płytki ceramiczne do kamizelek kuloodpornych.

Moissanit występuje naturalnie jako rzadki minerał, ale od 1893 roku jest masowo produkowany w postaci proszku do stosowania jako materiał ścierny. Co więcej, jest wykorzystywany jako niezbędny składnik w elektronice półprzewodnikowej, która działa w ekstremalnych temperaturach i warunkach napięciowych.

Wysokotemperaturowe materiały ogniotrwałe

Materiały ogniotrwałe z węglika krzemu to wysokowydajne materiały o wyjątkowej wytrzymałości, odporności na korozję i stabilności na szok termiczny. Dostępne w postaci cegieł lub wykładzin, materiały ogniotrwałe z węglika krzemu są wykorzystywane w zastosowaniach wysokotemperaturowych, takich jak produkcja stopionych soli i kwaśnych żużli; ich szczególną cechą jest odporność na mięknięcie do 15000 C w temperaturach tak wysokich, jak temperatura topnienia tego ostatniego (czarny węglik krzemu [SiC] jest surowcem używanym do produkcji tych materiałów ogniotrwałych).

Węglik krzemu, powszechnie określany wzorem chemicznym SiC, jest niezwykle twardym, syntetycznie wytwarzanym związkiem krystalicznym składającym się z krzemu i węgla, który występuje naturalnie jako rzadki minerał moissanit; jednak masowa produkcja rozpoczęła się w 1893 r. do stosowania jako materiały ścierne i części odporne na zużycie w przemyśle i silnikach rakietowych; dodatkowo służy jako podłoże półprzewodnikowe w diodach elektroluminescencyjnych (LED).

Materiały ogniotrwałe z węglika krzemu spajane gliną są idealnym wyborem do zastosowań wysokotemperaturowych, ponieważ proces spajania zapewnia integralność strukturalną w wysokich temperaturach przy jednoczesnej odporności na kwasy i inne materiały korozyjne. Co więcej, te stosunkowo niedrogie materiały ogniotrwałe okazały się niezwykle trwałe w czasie; często testowane przy użyciu testów korozji parowej (fotografowanie, ważenie i mierzenie próbek testowych przed wystawieniem ich na działanie pary przez 500 godzin, aby sprawdzić, jak dobrze radzą sobie pod tak ekstremalnymi ciśnieniami i temperaturami).

Części odporne na zużycie

Węglik krzemu może być wykorzystywany w szeregu zastosowań odpornych na zużycie. Ze względu na doskonałą wytrzymałość, twardość, trwałość, odporność na atak chemiczny i odporność na temperaturę, węglik krzemu jest doskonałym materiałem do zwalczania zużycia stali i stopów metalurgicznych, dzięki czemu nadaje się do zastępowania metalowych rolek lub części w walcowniach stali, pompach piaskowych, hydrocyklonach, kruszarkach lub tulejach cylindrowych.

Powlekanie bezprądowe ma jeszcze jedną zaletę; pozwala na bardziej spójne nakładanie bez tworzenia niespójności typowych dla tradycyjnych procesów niklowania, zapewniając, że ostre rogi i wgłębienia pozostaną ostre bez narastania krawędzi, podczas gdy otwory przelotowe pozostaną niezakłócone i niezmienione w prawie każdej konfiguracji geometrycznej.

Węglik krzemu wyróżnia się wśród materiałów stosowanych w urządzeniach elektronicznych doskonałą odpornością na temperaturę i unikalną strukturą atomową, oferując wyjątkowe właściwości półprzewodnikowe, które sprawiają, że dobrze nadaje się do produkcji urządzeń elektronicznych. Jego odporność na zmiany temperatury jest nawet 10-krotnie wyższa niż krzemu, który jest podstawowym materiałem w produkcji półprzewodników, a także odporność na szok termiczny i zdolność do wytrzymywania bardzo wysokich ciśnień. Węglik krzemu jest szeroko stosowany jako ważny składnik półprzewodników mocy w generatorach wysokiego napięcia i ładowarkach pokładowych do systemów ładowania pojazdów hybrydowych i elektrycznych, a także jako zamiennik drogich, ale niebezpiecznych dla środowiska baterii litowych.

Urządzenia półprzewodnikowe

Węglik krzemu w czystej postaci działa jak izolator elektryczny; ale po zmodyfikowaniu go zanieczyszczeniami lub środkami domieszkującymi, jego przewodnictwo elektryczne zmienia się, wykazując właściwości półprzewodnikowe, nie pozwalając na swobodny przepływ prądu, ale też go nie odpychając. Te cechy półprzewodnictwa sprawiają, że węglik krzemu nadaje się do tworzenia urządzeń elektronicznych, które wzmacniają, przełączają lub konwertują sygnały w obwodach elektrycznych.

Urządzenia z węglika krzemu korzystają z szerokiego pasma przenoszenia, które pozwala im pracować w wyższych temperaturach i częstotliwościach niż tradycyjne półprzewodniki, dzięki czemu nadają się do zastosowań przemysłowych i zapewniają znaczny wzrost wydajności energetycznej w porównaniu z ich krzemowymi odpowiednikami.

Urządzenia zasilające z węglika krzemu są szeroko stosowane w systemach transportu kolejowego w celu zmniejszenia strat energii i zwiększenia wydajności przenoszenia obciążenia, a także w falownikach słonecznych i urządzeniach do magazynowania energii w celu poprawy wydajności i niezawodności.

Dynamika rynku węglika krzemu stale ewoluuje, ponieważ nowe zastosowania napędzają jego ekspansję i popyt. Zastosowania obejmują przemysł energoelektroniczny, motoryzacyjny i lotniczy. Przewiduje się, że wzrost rynku węglika krzemu dla energoelektroniki wyniesie ponad 27% do 2021 r. ze względu na rosnące zapotrzebowanie na infrastrukturę pojazdów elektrycznych i 5G wraz ze stacjami szybkiego ładowania; w rezultacie musi nastąpić rozbudowa mocy produkcyjnych i inwestycje w nowe technologie, aby zapewnić wydajne urządzenia zasilające do ich obsługi.

Przetwarzanie chemiczne

Węglik krzemu (SiC) jest niezwykle twardym, syntetycznie wytwarzanym związkiem krzemu i węgla o twardości 9 w skali Mohsa i jest prawie tak twardy jak diament. SiC można znaleźć w różnych zastosowaniach, od procesów obróbki ściernej, takich jak piaskowanie i szlifowanie, po części odporne na zużycie w piecach przemysłowych, części odporne na zużycie do produkcji diod elektroluminescencyjnych i diod elektroluminescencyjnych (LED).

Materiały ogniotrwałe mogą być również wykorzystywane w materiałach kompozytowych, takich jak te stosowane w kamizelkach kuloodpornych. Ich wytrzymałość i trwałość pozwalają im wytrzymać uderzenia pocisków z dużą prędkością, a niski współczynnik przekroju neutronowego chroni je przed uszkodzeniami spowodowanymi promieniowaniem.

Zarówno wiązanie reakcyjne, jak i spiekanie mogą być wykorzystywane do tworzenia SiC, przy czym każda z nich wytwarza różne mikrostruktury w materiale końcowym. SiC wiązany reakcyjnie jest wytwarzany przez infiltrację zwartych mieszanin SiC i węgla ciekłym krzemem, który reaguje z węglem, tworząc więcej cząstek SiC, które następnie wiążą te początkowe. Spiekany SiC może być również wytwarzany przy użyciu czystego proszku SiC zmieszanego z nietlenkowymi środkami pomocniczymi do spiekania i ogrzewany w podwyższonych temperaturach aż do zestalenia.

American Elements oferuje szeroki wybór wysokiej jakości ziaren i proszków topionej krzemionki i węglików, odpowiednich do zastosowań w materiałach ogniotrwałych, przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, chemicznym, spożywczym i wielu innych. Nasz zaawansowany sprzęt do kruszenia, mielenia i klasyfikowania umożliwia nam produkcję ziaren, które przekraczają normy ANSI, FEPA i JIS.