Uporaba silicijevega karbida

Silicijev karbid (SiC) je izjemno trd material s številnimi možnostmi uporabe. SiC lahko srečate v visoko zmogljivih "keramičnih" zavornih diskih za avtomobile ali celo v keramičnih ploščicah za neprebojne jopiče.

Moissanit se v naravi pojavlja kot redek mineral, vendar ga od leta 1893 množično proizvajajo v obliki prahu za uporabo kot abraziv. Poleg tega se uporablja kot bistvena sestavina v polprevodniški elektroniki, ki deluje pri ekstremnih temperaturah in napetostnih pogojih.

Visokotemperaturni ognjevzdržni materiali

Ognjevzdržni materiali iz silicijevega karbida so visoko zmogljivi materiali z izjemno trdnostjo, odpornostjo proti koroziji in stabilnostjo pri toplotnih udarcih. Ognjevzdržni materiali iz silicijevega karbida, ki so na voljo v obliki opeke ali obloge, se uporabljajo v aplikacijah, kot so visokotemperaturne aplikacije, na primer pri proizvodnji staljenih soli in kisle žlindre; njihova posebnost je odpornost na mehčanje do 15 000 C pri temperaturah, ki so višje od tališča slednje (črni silicijev karbid [SiC] je surovina, ki se uporablja za te ognjevzdržne materiale).

Silicijev karbid, ki se običajno imenuje SiC, je izjemno trda sintetično proizvedena kristalinična spojina, sestavljena iz silicija in ogljika, ki se v naravi pojavlja kot redek mineral moissanit, vendar se je množična proizvodnja začela leta 1893 za uporabo kot abraziv in proti obrabi odporni deli v industriji in raketnih motorjih; poleg tega se uporablja kot polprevodniški substrat v svetlečih diodah (LED).

Ognjevzdržni materiali iz silicijevega karbida, vezani z glino, so idealna izbira za uporabo v visokotemperaturnih aplikacijah, saj postopek vezave zagotavlja strukturno celovitost pri visokih temperaturah, hkrati pa so odporni na kisline in druge korozivne snovi. Poleg tega so se ti razmeroma poceni ognjevzdržni materiali sčasoma izkazali za izjemno vzdržljive; pogosto se preizkušajo s parnimi korozijskimi testi (fotografiranje, tehtanje in merjenje preskusnih vzorcev, preden so 500 ur izpostavljeni pari, da se ugotovi, kako dobro se obnesejo pri tako ekstremnih pritiskih in temperaturah).

Deli, odporni proti obrabi

Silicijev karbid se lahko uporablja za vrsto aplikacij, odpornih na obrabo. Silicijev karbid je zaradi svoje izjemne trdnosti, trdote, trajnosti, odpornosti na kemične napade in temperaturne odpornosti odličen material proti obrabi jekla in metalurških zlitin, zato je primeren za zamenjavo kovinskih valjev ali delov v jeklenih valjarnah, črpalkah za pesek, hidrociklonih, drobilnikih ali ceveh oblog valjev.

Še ena prednost je brezelektrično nanašanje; omogoča doslednejšo uporabo brez ustvarjanja neskladnosti, značilnih za tradicionalne postopke niklanja, kar zagotavlja, da ostri vogali in vdolbine ostanejo ostri brez nabiranja robov, medtem ko luknje ostanejo nedotaknjene in nespremenjene v skoraj vseh geometrijskih konfiguracijah.

Silicijev karbid se med materiali za elektronske naprave odlikuje po izjemni temperaturni odpornosti in edinstveni atomski strukturi, saj ima izjemne polprevodniške lastnosti, zaradi katerih je zelo primeren za proizvodnjo elektronskih naprav. Njegova odpornost proti temperaturnim spremembam je do 10-krat večja kot pri siliciju, ki je glavni material pri proizvodnji polprevodnikov, poleg tega pa je odporen tudi na toplotne udarce in lahko prenese zelo visoke tlake. Silicijev karbid se pogosto uporablja kot pomemben sestavni del močnostnih polprevodnikov za visokonapetostne generatorje in vgrajene polnilnike za polnilne sisteme hibridnih in električnih vozil, uporablja pa se tudi kot nadomestek za drage, vendar okolju nevarne litijeve baterije.

Polprevodniške naprave

Silicijev karbid v čisti obliki deluje kot električni izolator, vendar se njegova električna prevodnost spremeni, ko ga modificiramo z nečistočami ali dopirnimi sredstvi, tako da ima polprevodne lastnosti, ki ne prepuščajo prostega toka, vendar ga tudi ne odbijajo. Zaradi teh lastnosti polprevodnosti je silicijev karbid primeren za izdelavo elektronskih naprav, ki ojačujejo, preklapljajo ali pretvarjajo signale v električnih vezjih.

Prednost naprav iz silicijevega karbida je široka pasovna vrzel, ki jim omogoča delovanje pri višjih temperaturah in frekvencah kot tradicionalnim polprevodnikom, zaradi česar so primerne za industrijske namene in zagotavljajo znatno večjo energetsko učinkovitost v primerjavi s svojimi silicijevimi primerki.

Napajalne naprave iz silicijevega karbida se pogosto uporabljajo v železniških tranzitnih sistemih za zmanjšanje izgub energije in povečanje učinkovitosti prenosa bremena, uporabljajo pa se tudi v solarnih pretvornikih in napravah za shranjevanje energije za izboljšanje učinkovitosti in zanesljivosti.

Dinamika trga silicijevega karbida se nenehno spreminja, saj nove aplikacije spodbujajo njegovo širitev in povpraševanje. Uporaba vključuje industrijo močnostne elektronike, avtomobilsko in letalsko industrijo. Rast trga silicijevega karbida za močnostno elektroniko naj bi do leta 2021 znašala več kot 27% zaradi vse večjega povpraševanja po električnih vozilih in infrastrukturi 5G ter hitrih polnilnih postajah; zato je treba povečati zmogljivosti in vlagati v nove tehnologije, da se zagotovijo učinkovite močnostne naprave za njihovo podporo.

Kemična predelava

Silicijev karbid (SiC) je izjemno trda, sintetično proizvedena spojina silicija in ogljika, katere trdota po Mohsovi lestvici znaša 9 in je skoraj tako trda kot diamant. SiC se uporablja v različnih aplikacijah, od abrazivnih obdelovalnih postopkov, kot sta peskanje in brušenje, do obrabno odpornih delov za industrijske peči, obrabno odpornih delov za podlage za proizvodnjo svetlečih diod in svetlečih diod (LED).

Ognjevzdržni materiali se lahko uporabljajo tudi v kompozitnih materialih, kot so tisti v neprebojnih jopičih. Njihova trdnost in vzdržljivost jim omogočata, da prenesejo udarce krogel z veliko hitrostjo, nizka stopnja nevtronskega preseka pa jih ščiti pred poškodbami zaradi sevanja.

Za izdelavo SiC se lahko uporabljata reakcijsko vezanje in sintranje, pri čemer vsaka od njiju ustvari različne mikrostrukture v končnem materialu. Reakcijsko vezani SiC se proizvaja z infiltriranjem kompaktnih zmesi SiC in ogljika s tekočim silicijem, ki reagira z ogljikom in tvori več delcev SiC, ki nato povežejo prvotne delce. Sintran SiC se lahko proizvaja tudi z uporabo čistega prahu SiC, ki se zmeša z neoksidnimi sredstvi za sintranje in segreva pri povišanih temperaturah, dokler ne pride do strjevanja.

American Elements ponuja obsežen izbor vrhunskih zrn in prahov iz taljenega silicijevega dioksida in karbida, primernih za uporabo v ognjevzdržnih materialih, letalski, avtomobilski, kemični in živilski industriji ter v številnih drugih industrijah. Naša napredna oprema za drobljenje, mletje in razvrščanje nam omogoča proizvodnjo teh zrn, ki presegajo standarde ANSI, FEPA in JIS.