كل ما تحتاج إلى معرفته عن صفيحة كربيد السيليكون

صفيحة كربيد السيليكون هي مادة صلبة وقوية يشيع استخدامها في التطبيقات الصناعية والهندسية. سنغطي في هذه المقالة كل ما تحتاج إلى معرفته عن هذه المادة متعددة الاستخدامات - تركيبها وعمليات التصنيع وتطبيقات الاستخدام.

تسمح الصلابة لهذه الصفائح بتوفير الحماية من التهديدات المتعددة، مثل الرصاص والطلقات الخارقة للدروع، مع توفير مقاومة كيميائية استثنائية.

الصلابة

يُعد كربيد السيليكون (SiC) أحد أقسى المواد المتاحة، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الماس. وبسبب هذه الصلابة الشديدة، يُعدّ كربيد السيليكون (SiC) مثاليًا لألواح الدروع وأدوات القطع والمكونات المقاومة للتآكل؛ ويتميز بخصائص ميكانيكية رائعة بما في ذلك صلابة الكسر ومعامل يونغ وقوة الانثناء.

تُعد ألواح SiC جزءًا لا يتجزأ من الدروع الواقية للبدن وأنظمة دروع المركبات للتطبيقات الباليستية، حيث توفر الحماية من مختلف أنواع المقذوفات التي تتراوح بين رصاصات المسدس والشظايا عالية السرعة. يتيح هيكلها خفيف الوزن قدرة أكبر على الحركة والراحة للمستخدمين مع تخفيف عبء حمولة المركبة.

إن الخصائص الفريدة لكربيد السيليكون تجعله خيارًا ممتازًا للتطبيقات العسكرية وتطبيقات إنفاذ القانون، بما في ذلك تطبيقات تدريع الأجسام والمركبات. ويمكنه تحمل الصدمات الناتجة عن الرصاص والطلقات الخارقة للدروع مع اختراق كبير؛ بالإضافة إلى أنه يحمي من الشظايا عالية السرعة وكذلك التهديدات الكيميائية.

تقدم شركة GAB Neumann منتجات كربيد السيليكون لمعدات المعالجة والحماية الباليستية، باستخدام عملية تصنيع معقدة تتكون من تحضير المسحوق والمزج مع المواد الرابطة والبثق أو التشكيل بالضغط المتساوي الضغط على البارد، والتشكيل الآلي وأخيراً التلبيد تحت درجات حرارة عالية تحت الضغط. وتضاهي المادة عالية الأداء التي يتم إنتاجها كربيد البورون من حيث الكثافة والصلابة والقدرات الباليستية ولكن بتكلفة تصنيع أقل؛ مما يجعلها بديلاً أفضل من سيراميك الألومينا في هذه التطبيقات.

التوصيل الحراري

تتميز ألواح كربيد السيليكون بموصلية حرارية عالية ويمكنها أن تسخن أو تبرد بسرعة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتقلب فيها درجات الحرارة بسرعة، مثل الأفران أو بيئات المعالجة الحرارية الأخرى. وعلاوة على ذلك، تتميز هذه المادة بمعدلات تمدد حراري منخفضة مما يجعلها مستقرة حتى في البيئات التي تشهد تحولات سريعة في درجات الحرارة.

SiC هي مادة صلبة وقوية وخاملة كيميائياً بشكل استثنائي مما يجعلها مقاومة للتآكل في البيئات القاسية - وهي مثالية للعمليات الصناعية التي تستخدم المواد الكيميائية أو المواد الأخرى المسببة للتآكل. وعلاوة على ذلك، فإن مقاومة التلف الميكانيكي لمادة SiC تعني أنها يمكن أن تتحمل مستويات عالية من الإجهاد دون أن تتلف أو تلتوي.

كما أن المقاومة الكيميائية لـ SiC مفيدة أيضاً في التطبيقات عالية التقنية، بما في ذلك مرايا التلسكوبات الفضائية. ونظراً لقدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية للغاية مع الحفاظ على سلامتها، فإن SiC خيار مثالي لهذه المرايا، مما يجعل التلسكوبات الفلكية ذات المستويات العالية من الحرارة مناسبة تماماً للمرايا المصنوعة من SiC. وكثيراً ما تستخدم مسرعات الجسيمات أيضاً هذه المادة نظراً لقدرتها على التعامل مع درجات الحرارة والجهود العالية دون أن تذوب أو تشوه أداءها.

يأتي كربيد السيليكون في أشكال مختلفة وله صفات وخصائص فريدة من نوعها. والأكثر شيوعًا هو كربيد السيليكون ألفا (a-SiC)، بتركيبته البلورية السداسية المشابهة للورتزايت؛ ويستخدم هذا الشكل على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية. أما كربيد السيليكون بيتا (b-SiC)، بتركيبته البلورية الزنك blende التي تجعله أقل هشاشة من نسخته ألفا، وله تطبيقات أقل ولكنه يظل خياراً اقتصادياً.

مقاومة درجات الحرارة العالية

توفر صفيحة كربيد السيليكون مقاومة استثنائية لدرجات الحرارة المرتفعة، وهي جودة لا غنى عنها في العديد من التطبيقات الصناعية. وتنتج هذه المادة الخزفية المصنوعة عن طريق تلبيد مسحوق كربيد السيليكون تحت ضغط وحرارة شديدين منتجًا كثيفًا للغاية يحافظ على قوته الميكانيكية حتى في درجات الحرارة المرتفعة. ونظرًا لقدرته على تحمل الصدمات الحرارية والتدهور الكيميائي في البيئات القاسية، يُعد كربيد السيليكون خيارًا ممتازًا لحماية الدروع وأدوات القطع والمكونات المقاومة للتآكل والمكونات المقاومة للتآكل بشكل عام.

تختلف كربيد السيليكون عن المواد الخزفية الأخرى في أنها تتميز بتمدد حراري منخفض للغاية ومقاومة للتآكل من المواد الحمضية، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات المعالجة الكيميائية حيث يمكن أن تتلامس المواد مع الأحماض أو المواد الكاشطة أو المواد الكيميائية القاسية الأخرى. تتميز ألواح كربيد السيليكون أيضًا بخصائص كهربائية متميزة مما يجعلها مناسبة لركائز أشباه الموصلات أو المكونات الإلكترونية.

يتم إنتاج ألواح كربيد السيليكون من خلال عدة خطوات، بدءًا من تحضير المسحوق والخلط مع المواد الرابطة وتشكيلها وتلبيدها وطحنها/صقلها وحتى تغليف المنتج النهائي في علب كرتونية/صناديق خشبية أو مصممة وفقًا لمواصفات العميل. ألواح كربيد السيليكون لها العديد من الاستخدامات بما في ذلك عجلات القطع/الطحن/عجلات الطحن بمختلف أنواعها/درجاتها/مقاساتها أو عجلات الطحن المصنوعة منها؛ البطانة المقاومة للحرارة لمطاحن الكرات وكذلك فوهات التفجير بالخردق/مكونات الأعاصير التي تحتاج إلى مقاومة التآكل هي مجرد بعض الأمثلة على الاستخدامات/التطبيقات/التطبيقات التي يمكن العثور فيها على ألواح/صفائح/حواجز كربيد السيليكون.

مقاومة المواد الكيميائية

يتميز كربيد السيليكون بمقاومة عالية للمواد الكيميائية، حيث لا يُظهر أي تغيرات في السلوك حتى في وجود الأحماض والقلويات القوية، مما يجعله مناسبًا للبيئات التي تحتوي على غازات أو سوائل مسببة للتآكل. وعلاوة على ذلك، فإنه يتميز بخصائص ممتازة لمقاومة الصدمات الحرارية مع الحفاظ على ثبات أبعاده في درجات الحرارة المرتفعة.

يمكّن الثبات الكيميائي لكربيد السيليكون من استخدامه كمادة كاشطة في أدوات القطع والتطبيقات الصناعية الأخرى، مع تصنيف صلابة موس 9.5 (ما يعادل تقريبًا الماس) مما يوفر خصائص طحن فائقة وخصائص كسر تجعله مناسبًا لمنتجات الورق والقماش الكاشطة أيضًا.

غالباً ما يُستخدم سيراميك الكاربوروندوم في الطباعة بالكاربوروندوم، وهو شكل من أشكال الطباعة الكولاجرافية. يتم وضع صفيحة ألومنيوم مغطاة بعجينة تحتوي على حصى الكاربوروندوم على مكبس ذي قاعدة دائرية يستخدم للطباعة بالنقش الغائر لإنتاج علامات مطبوعة على سطحه.

تُعد ألواح كربيد السيليكون، نظراً لصلابتها الاستثنائية وحمايتها من التهديدات المتعددة ومتانتها، مكوناً لا غنى عنه في معدات الحماية والدروع الحديثة. يمكن العثور على ألواح كربيد السيليكون في السترات الواقية والخوذات وأنظمة الدروع الأخرى التي يرتديها الأفراد العسكريون وضباط إنفاذ القانون وأفراد الأمن؛ خاصةً عندما يتعلق الأمر بالتهديدات الباليستية مثل الرصاص والشظايا والمقذوفات الخارقة للدروع. وعلاوة على ذلك، فإن طبيعة ألواح SiC خفيفة الوزن تقلل من التآكل والإرهاق الذي يصيب مرتديها.