Användningar av kiselkarbid

Kiselkarbid (SiC) är ett extremt hårt material med många användningsområden. Du kanske stöter på SiC i högpresterande "keramiska" bromsskivor för bilar eller till och med som keramiska plattor för skottsäkra västar.

Moissanite förekommer naturligt som ett sällsynt mineral, men har massproducerats som pulver sedan 1893 för användning som slipmedel. Dessutom används den som en viktig komponent i halvledarelektronik som arbetar under extrema temperaturer och spänningsförhållanden.

Eldfasta material för höga temperaturer

Eldfasta material av kiselkarbid är högpresterande material med enastående styrka, korrosionsbeständighet och stabilitet mot termisk chock. Eldfasta kiselkarbidprodukter finns i form av tegelstenar eller foder och används i tillämpningar med höga temperaturer, t.ex. vid produktion av smälta salter och sura slagger; deras speciella egenskap är att de är motståndskraftiga mot uppmjukning upp till 15000 C i temperaturer som är lika höga som den senares smältpunkt (svart kiselkarbid [SiC] är det råmaterial som används för dessa eldfasta produkter).

Kiselkarbid, vanligen benämnd med sin kemiska formel SiC, är en extremt hård syntetiskt framställd kristallin förening bestående av kisel och kol som förekommer naturligt som det sällsynta mineralet moissanit; massproduktionen inleddes dock 1893 för användning som slipmedel och slitstarka delar inom industrin och raketmotorer; dessutom används den som halvledarsubstrat i ljusemitterande dioder (LED).

Eldfasta material av kiselkarbid som är bundna med lera är ett idealiskt val för användning i högtemperaturapplikationer, eftersom bindningsprocessen säkerställer strukturell integritet vid höga temperaturer samtidigt som den motstår syror och andra frätande material. Dessutom har dessa relativt billiga eldfasta material visat sig vara extremt hållbara över tid; ofta testas de med hjälp av ångkorrosionstester (provkroppar fotograferas, vägs och mäts innan de utsätts för ånga i 500 timmar för att se hur väl de fungerar under sådana extrema tryck och temperaturer).

Slitstarka delar

Kiselkarbid kan användas för en rad olika slitstarka applikationer. På grund av sin överlägsna styrka, hårdhet, hållbarhet, motståndskraft mot kemiska angrepp och temperaturbeständighet är kiselkarbid ett utmärkt material för att bekämpa slitage av stål och metallurgiska legeringar, vilket gör det lämpligt för att ersätta metallvalsar eller delar i stålvalsverk, sandpumpar, hydrocykloner, krossar eller cylinderfoderrör.

En annan fördel med elektrolös plätering är att den kan appliceras mer konsekvent utan att skapa inkonsekvenser som är typiska för traditionella nickelpläteringsprocesser, vilket säkerställer att skarpa hörn och urtag förblir skarpa utan kantuppbyggnad, medan genomgående hål förblir ostörda och oförändrade i nästan alla geometriska konfigurationer.

Kiselkarbid utmärker sig bland material för elektroniska enheter genom sin överlägsna temperaturbeständighet och unika atomstruktur, och erbjuder exceptionella halvledaregenskaper som gör den väl lämpad för tillverkning av elektroniska enheter. Dess motståndskraft mot temperaturvariationer är upp till 10 gånger större än kisel, det vanligaste materialet vid halvledartillverkning, liksom dess motståndskraft mot termisk chock och förmåga att motstå mycket höga tryck. Kiselkarbid används ofta som en viktig komponent i krafthalvledare för högspänningsgeneratorer och ombordladdare för laddningssystem för hybrid- och elfordon samt som ersättning för dyra men miljöfarliga litiumbatterier.

Halvledarkomponenter

Kiselkarbid i sin rena form fungerar som en elektrisk isolator, men när den modifieras med föroreningar eller dopningsmedel ändras dess elektriska ledningsförmåga till att uppvisa halvledande egenskaper, som inte tillåter fri ström att flyta men inte heller stöter bort den. Dessa halvledande egenskaper gör kiselkarbid lämplig för att skapa elektroniska enheter som förstärker, växlar eller omvandlar signaler i elektriska kretsar.

Kiselkarbidkomponenter har ett brett bandgap som gör att de kan arbeta vid högre temperaturer och frekvenser än traditionella halvledare, vilket gör dem lämpliga för industriella sammanhang och ger betydande energieffektivitetsvinster jämfört med deras motsvarigheter i kisel.

Kraftkomponenter av kiselkarbid används ofta i järnvägssystem för att minska energiförluster och förbättra lastbärande effektivitet, och de används också i solcellsväxelriktare och energilagringsenheter för att förbättra effektiviteten och tillförlitligheten.

Dynamiken på marknaden för kiselkarbid utvecklas ständigt i takt med att nya tillämpningar driver på expansionen och efterfrågan. Applikationerna inkluderar kraftelektronikindustrin, fordonsindustrin och flygindustrin. Marknadstillväxten för kiselkarbid inom kraftelektronik beräknas uppgå till över 27% år 2021 på grund av den ökande efterfrågan på infrastruktur för elfordon och 5G samt snabbladdningsstationer; som ett resultat måste kapacitetsutbyggnad och investeringar i ny teknik ske för att tillhandahålla effektiva kraftanordningar för att stödja dem.

Kemisk bearbetning

Kiselkarbid (SiC) är en extremt hård, syntetiskt framställd förening av kisel och kol med en Mohs-hårdhetsgrad på 9 och är nästan lika hård som diamant. SiC används i tillämpningar som sträcker sig från abrasiva bearbetningsprocesser som sandblästring och slipning till slitstarka delar för industriugnar, slitstarka delar för substrat för produktion av lysdioder och lysdioder (LED).

Eldfasta material kan också användas i kompositmaterial, t.ex. i skottsäkra västar. Deras styrka och hållbarhet gör att de kan stå emot kulor med hög hastighet samtidigt som deras låga neutrontvärsnitt skyddar dem från strålningsskador.

Både reaktionsbindning och sintring kan användas för att framställa SiC, men de ger olika mikrostrukturer i det slutliga materialet. Reaktionsbunden SiC framställs genom att kompakter av blandningar av SiC och kol infiltreras med flytande kisel, som reagerar med kolet och bildar fler SiC-partiklar som sedan binder samman de ursprungliga partiklarna. Sintrad SiC kan också framställas genom att rent SiC-pulver blandas med sintringshjälpmedel som inte är oxider och värms upp vid förhöjda temperaturer tills stelning sker.

American Elements erbjuder ett brett urval av premiumkorn och pulver av smält kiseldioxid och hårdmetall som lämpar sig för applikationer inom eldfasta material, flyg-, fordons- och kemisk livsmedelsindustri samt många andra områden. Vår avancerade utrustning för krossning, malning och klassificering gör att vi kan producera dessa korn som överträffar ANSI-, FEPA- och JIS-standarderna.