Siliciumcarbid er et af de hårdeste og mest holdbare avancerede keramiske materialer, der bruges både på grund af dets hårdhed som slibemateriale og varmebestandighed og lave termiske udvidelseskoefficient i ildfaste materialer og keramiske anvendelser.
Moissanit kan også forekomme naturligt som det gennemsigtige mineral moissanit. De første kunstigt fremstillede prøver blev skabt i 1891 under Edward Achesons forsøg på at skabe kunstige diamanter; senere fremstillede den nobelprisvindende kemiker Henri Moissan flere kunstigt fremstillede prøver.
Styrke ved høje temperaturer
Siliciumcarbid (SiC) er en ekstremt stærk nonoxidkeramik, der giver enestående modstandsdygtighed over for korrosion og kemiske angreb ved høje temperaturer. SiC anvendes som ildfast foringsmateriale i industriovne, som ildfast foringsmateriale, til slibeskiver, skæreværktøjer og applikationer, hvor styrke er afgørende, såsom slibeskiver, skæreværktøjer og bearbejdningsapplikationer. Desuden udgør SiC-komponenter nøgledele i modstandsvarmeelementer, termistorer til elektriske ovne samt foringsrør og tætningsflader, der indeholder SiC.
SiC er kendt for sin overlegne termiske modstandsdygtighed og styrke ved høje temperaturer, hvilket gør det meget værdsat i industrielle anvendelser. SiC modstår oxidation ved temperaturer op til 1000 grader C ved at danne et beskyttende oxidlag, der fungerer som en barriere mellem overfladerne og de elementer, de omgiver; men ved højere temperaturer kan revner trænge igennem denne barriere og sprede energi via interkrystallinske eller granulære områder, hvilket resulterer i vanskeligheder med at øge styrken ved forhøjede temperaturer.
Siliciumcarbid kan fremstilles gennem to forskellige processer: reaktionsbundet og sintret. Begge former har stor indflydelse på mikrostrukturen og dermed ydeevnen ved høje temperaturer. Reaktionsbinding involverer infiltrering af grønne kompakter, der består af blandinger af SiC og kulstof, med flydende silicium; dette skaber strukturer med minimale dimensionsændringer under behandlingen og et ekspansivt overfladeareal. Ildfast kerne-skal-mikrostruktur giver unikke egenskaber, som har vist sig at øge styrken af SiC ved forhøjede temperaturer.
Modstandsdygtighed over for høje temperaturer
Siliciumcarbidets bemærkelsesværdige styrke gør det til et fremragende materialevalg til højtemperaturanvendelser, såsom keramiske bremseklodser til forbrugerbiler. Materialet kan modstå temperaturer på op til 1.400 grader, mens det stadig bevarer sin enestående styrke og hårdhed, hvilket gør siliciumcarbid til et ideelt materiale.
Siliciumcarbid adskiller sig fra andre keramiske materialer ved ikke at blive nedbrudt eller smelte ved høje temperaturer, hvilket gør det velegnet til brug i applikationer med høj belastning, såsom lejer og skudsikre plader uden at pådrage sig permanent strukturel skade. Det gør siliciumkarbid særligt ideelt til anvendelser, der involverer høje belastningsniveauer, som f.eks. lejer og skudsikre plader.
Siliciumcarbid forekommer naturligt som det ekstremt sjældne mineral moissanit, mens syntetisk sic-produktion opfylder kravene fra moderne nationalt forsvar, atomenergi, rumteknologi og rumfartsindustri, der kræver præcise dimensioner.
Sintret siliciumcarbid har en af de højeste varmeledningsevner blandt teknisk keramik, kun overgået af aluminiumnitrid. Det kan tilskrives gitterets iltstruktur, som giver stor spredning af fononer. Mens varmeledningsevnen kan øges yderligere ved hjælp af oxidtilsætningsstoffer i sintringsprocesser, bør disse holdes på et absolut minimum for at bevare materialets strukturelle stabilitet og oxidationsmodstand.
Lav termisk udvidelseskoefficient
Siliciumcarbidets lave termiske udvidelseskoefficient gør det til det perfekte materiale til brug som en keramisk matrixkomposit (CMC) under barske forhold, hvilket gør det populært i applikationer som gasturbiner og raketdyser, hvor materialer skal kunne modstå høje temperaturer såvel som termiske chokmiljøer.
Modstandsdygtighed over for korrosion gør rustfrit stål til et fremragende materialevalg til kemiske industriovne, hvor det kan modstå ekstreme temperaturer, samtidig med at det bevarer sin strukturelle integritet. Desuden har rustfrit stål en høj kemisk stabilitet, der muliggør lange driftsperioder i fjendtlige væskemiljøer som syre og alkaliske opløsninger.
Siliciumcarbidets mest udbredte polymorfe form, alfaformen, findes ved temperaturer over 1700 grader med en wurtzit-krystalstruktur og smeltepunkter over 1700 grader. Men der findes også den sjældnere beta-form, som har en zinkblende-krystalstruktur, der ligner diamantens, og et lavere smeltepunkt på 1030 grader - denne sjældnere form kan fungere som støtte for heterogene katalysatorer.
Siliciumcarbid kan findes som både porøs og tæt keramik. Produktionsteknikkerne varierer meget, og den endelige mikrostruktur afhænger af den anvendte produktionsmetode. Reaktionsbundet SiC fremstilles ved at infiltrere kompakter af kulstof-SiC-blanding med smeltet silicium, der reagerer med hinanden for at danne mere SiC og binde den oprindelige kompakt; sintret SiC, såsom Hexoloy, dannes gennem konventionelle keramiske formningsprocesser, før det sintres ved høje temperaturer under en inaktiv atmosfære.
Høj hårdhed
Siliciumcarbid har en hårdhed på op til 9,5 på Mohs-skalaen, hvilket placerer det på tredjepladsen efter diamant og bornitrid. Det gør det velegnet til skæreværktøjer og slibende materialer samt til fremstilling af slidstærke dele til høje temperaturer som lejer og tætninger i den mekaniske industri.
Siliciumcarbidets unikke kombination af stabile kemiske egenskaber, fremragende varmeledningsevne, lav varmeudvidelseskoefficient, hårdhed og mekanisk styrke har ført til, at det anvendes bredt i flere industrier, herunder olie, kemiteknik, mikroelektronik, biler, luftfart papirfremstilling laserminedrift. Desuden finder siliciumcarbid også anvendelse inden for miljøbeskyttelse, informationselektronik og energiforbrug.
Siliciumcarbid (SiC) kan fremstilles ved hjælp af to processer, reaktionsbinding og sintring, som begge vil påvirke den endelige mikrostruktur. Reaktionsbundet SiC fremstilles typisk ved at infiltrere kompakter, der består af blandinger af silicium og kulstof, med flydende silicium, som derefter reagerer med andre silicium-kulstofmolekyler for at danne flere SiC-bindinger, mens sintret SiC fremstilles ved hjælp af konventionelle keramiske formningsteknikker og ikke-oxidiske sintringshjælpemidler til produktion.
Siliciumcarbidets fremragende bearbejdelighed gør det til et fremragende materiale til fremstilling af slidstærke tætningskomponenter, især når det kombineres med grafit. Denne kombination giver lavere friktionskoefficienter end aluminiumoxidkeramik og hårde legeringer og vil bevare sin form under høje PV-værdier for at forhindre lækage af kemikalier som alkalier og syrer i miljøet.