Порошок карбида кремния

Порошок карбида кремния - это чрезвычайно прочный абразивный и огнеупорный материал, используемый в производстве высокотемпературных электронных устройств.

Производство включает в себя нагревание кварцевого песка с источниками углерода, такими как нефтяной кокс, в электродуговой печи для получения черного и зеленого карбида кремния; черный силикон содержит примеси железа, что дает более темные оттенки в его отделке.

Свойства

Карбид кремния (SiC) - это промышленный минерал, состоящий из кремния и углерода, который нашел широкое применение в качестве абразива - от наждачной бумаги и шлифовальных кругов до футеровки промышленных печей и керамических пластин для пуленепробиваемых жилетов, а также полупроводниковых подложек для светоизлучающих диодов (LED). SiC также встречается в природе в виде минерала муассанита. SiC также встречается в природе в виде минерала муассанита. SiC также встречается в природе в виде муассанита. SiC имеет множество применений, включая использование в качестве огнеупорной футеровки для промышленных печей, а также керамических пластин, используемых в пуленепробиваемых жилетах для светоизлучающих диодов - он даже существует в природе в виде минерала муассанита.

Алюминий обладает превосходной стойкостью к истиранию, выдерживая температуру до 1400 градусов Цельсия без существенного снижения прочности. Кроме того, его коррозионная стойкость распространяется на большинство распространенных неорганических кислот, солей и щелочей; однако он может корродировать при определенных обстоятельствах, например, при контакте с фтористыми или плавиковыми кислотами.

SiC - это электроизоляционный материал с высокой прочностью на растяжение и низким удельным весом, который одновременно обладает химической стабильностью и электроизоляционными свойствами, а также немагнитными характеристиками. Он плавится при температуре 2080 градусов Цельсия. Близкоупакованная структура SiC обеспечивает тетраэдрическую координацию между атомами кремния и углерода для высокого соотношения прочности к весу и теплопроводности.

Порошки карбида кремния могут быть изготовлены с различными уровнями чистоты, кристаллическими структурами и размерами частиц. Они могут быть получены с помощью различных процессов - карботермического восстановления по Ачесону или конверсии полимеров, а также высокотемпературных газофазных химических реакций - с использованием различных методов, приводящих к их созданию. После приготовления эти порошки могут быть использованы в производстве керамических изделий, таких как огнеупорные формы для промышленных печей или электроизоляционные элементы для электронных устройств, например микропроцессоров.

Приложения

Порошок карбида кремния может использоваться в различных областях. Будучи очень прочным материалом с превосходной теплопроводностью и химической стойкостью, карбид кремния выдерживает экстремальные температуры - от расплавленного стекла до 1 400 градусов Цельсия (2 552 градусов по Цельсию). Карбид кремния часто встречается в составе огнеупоров, таких как керамика, стекло и стенки печей, и даже шлифовальные круги и наждачная бумага производятся с использованием этой добавки. Кроме того, карбид кремния служит неотъемлемым материалом в высокотемпературных полупроводниках и электронике.

Углерод также можно найти в композитных материалах, таких как карбид кремния, армированный углеродным волокном (CFRC), который часто используется в автомобильных тормозах и пуленепробиваемых жилетах благодаря своей превосходной прочности на разрыв и способности выдерживать высокоскоростные удары.

Спеченный диоксид кремния часто производится методом спекания под высоким давлением при температуре до 11 000 градусов Цельсия (1 815 градусов по Цельсию). Конечный продукт имеет чрезвычайно плотно упакованную структуру, состоящую из четырех атомов кремния и четырех атомов углерода, соединенных в тетраэдрическую структуру, обладает немагнитными свойствами и может противостоять большинству химических веществ, включая алифатические углеводороды, щелочи, органические кислоты и расплавленные соли; однако он не выдерживает сильных окислителей, таких как плавиковая кислота и фторид калия.

Подготовка

Карбид кремния - чрезвычайно твердый тугоплавкий материал, используемый в шлифовальных кругах, абразивных камнях, режущих инструментах, пескоструйной обработке, гидроабразивных резаках и керамике. Кроме того, он играет важную роль в высокотемпературных печах, используемых для обжига стекол и керамики при высоких температурах. Выпускается в виде частиц различных размеров для конкретных целей, а также в черном или белом виде - наиболее популярны первый (кристаллическая структура вюртцита) и второй (цинковый бленд).

Порошок a-SiC имеет гексагональную кристаллическую структуру и твердость по шкале Мооса 7. Он выдерживает экстремальные условия благодаря высокой температуре плавления и высокой теплопроводности, не токсичен и не растворяется в воде или спирте. Кроме того, его устойчивость к органическим кислотам, щелочам, солям и фторидам кислот делает его пригодным для широкого применения в промышленности и машиностроении.

Для перспективных применений требуется получение более крупных монокристаллов b-SiC по методу Лели, чтобы затем огранить их в драгоценные камни, известные как синтетический муассанит. SiC также может быть соединен с помощью смол или полимеров в волокна, используемые для армирования металлов и других материалов.

Изобретение относится к способу изготовления порошков b-SiC путем смешивания источника Si, включающего Si и C, с избытком углерода, нагревания композиции, а затем ее фильтрации, промывки и сушки. После завершения процесса эти порошки b-SiC могут быть легко измельчены с помощью последующих процессов, таких как фильтрация, промывка, сушка.

Хранение

Карбид кремния - одно из самых твердых веществ в мире, соперничающее по твердости с алмазом и карбидом бора. Карбид кремния используется в областях, где требуются термические и механические свойства, например, в износостойких материалах, огнеупорах, керамике, полупроводниках, абразивных материалах и износостойких материалах; износостойких покрытиях; стойкости к тепловому удару; низких показателях теплового расширения и высокой электропроводности. Карбид кремния обладает исключительными свойствами прочности, долговечности и электропроводности, что делает его универсальным материалом.

Аэрокосмическая промышленность в значительной степени полагается на компоненты из SiC-порошка, выдерживающие экстремальное тепло и давление, в том числе тормозные системы, используемые в автомобилях для повышения производительности и снижения износа роторов и барабанов. В то же время полупроводниковая промышленность использует его в оборудовании для обработки пластин для более эффективного управления теплом, а также для изготовления керамических пластин пуленепробиваемых жилетов, которые защищают солдат от высокоскоростных ударов.

Черный карбид кремния производится в электрической печи сопротивления при высоких температурах с использованием кварцевого песка и нефтяного кокса в качестве первичного сырья. Он имеет среднюю твердость между плавленым глиноземом и синтетическим алмазом и может использоваться в качестве абразивного материала при обработке материалов с низкой прочностью на разрыв, таких как чугун, цветные металлы, камень, кожа и резина. Кроме того, черный карбид кремния часто используется для производства огнеупорных материалов и металлургических добавок.