keramik af siliciumkarbid

Strukturkeramik, også kendt som teknisk keramik, er en klasse af avanceret keramik, der hovedsageligt udøver de mekaniske, termiske, kemiske og andre effekter af materialer. Strukturkeramik har egenskaberne høj temperaturbestandighed, slidstyrke, korrosionsbestandighed, oxidationsbestandighed og lav krybning under høj temperatur. De kan modstå det barske arbejdsmiljø, som metalmaterialer og polymermaterialer ikke er kompetente til. De anvendes i vid udstrækning inden for luftfart, maskiner, biler, metallurgi, kemisk industri, elektronik og andre områder og er blevet en klasse af keramiske materialer, der udvikler sig meget hurtigt. Strukturel keramik omfatter hovedsageligt oxidkeramik, nitridkeramik og karbidkeramik. Siliciumcarbidkeramik introduceres hovedsageligt nedenfor. Siliciumcarbid, almindeligvis kendt som carborundum, også kendt som carborundum, er en typisk kovalent bindingsforbindelse, der næsten ikke findes i naturen. I 1890, da Eword og G. Acheson ønskede at syntetisere diamant ved at tilsætte silicium til kulstof som katalysator, fremstillede de siliciumcarbid. I dag studeres og udvikles det stadig.

Siliciumcarbid blev oprindeligt brugt på grund af sin superhårde ydeevne, som kan fremstilles til forskellige slibeskiver, slibeklude, slibepapir og forskellige slibemidler og bruges i vid udstrækning i den mekaniske forarbejdningsindustri. Under Anden Verdenskrig fandt man ud af, at siliciumcarbidkeramik også kunne bruges som reduktionsmiddel og varmeelement i stålfremstilling, hvilket fremmede dets hurtige udvikling. Med den videre forskning har man fundet ud af, at det har mange fremragende egenskaber, såsom høj temperaturstabilitet, høj varmeledningsevne, syre- og alkalikorrosionsbestandighed, lav ekspansionskoefficient og god modstandsdygtighed over for termisk chok.

Der er hovedsageligt to krystalformer af siliciumcarbid, nemlig: kubisk β- SIC4 og sekskantet α- SIC。 De grundlæggende strukturelle enheder i siliciumcarbidgitteret er SIC4- og CSI4-tetraedre, der gennemtrænger hinanden. Tetraedrene deler den samme kant for at danne et plant lag, og hjørnerne er forbundet med det næste lag af tetraedre for at danne en tredimensionel mekanisme. Da forskellige tetraederstablingssekvenser kan danne forskellige strukturer, er der indtil videre fundet hundredvis af varianter. Generelt bruges kortfattede og intuitive symboler, nemlig bogstaverne C, H, R, til at repræsentere gittertypen, og antallet af lag i enhedscellen bruges til at vise forskellen. Selv om gitterkonstanterne for disse polymorfer er forskellige, er der ingen åbenlys ændring i stofferne i dem. siliciumcarbidkeramik er en typisk valensforbindelse, men der er også nogle ioniske typer. Ifølge teoretiske beregninger tilhører 78% af den samlede energi i SI-C-bindingen den kovalente tilstand, og 22% tilhører den ioniske tilstand. På grund af den lille størrelse af S- og C-atomer, bindingslængden og den stærke kovalence har siliciumcarbidkeramik en række egenskaber, såsom høj hårdhed, bestemt mekanisk styrke og vanskelig sintring.

Siliciumcarbid er en typisk stabil forbindelse med kovalente bindinger. Desuden er dets diffusionskoefficient lav, hvilket gør det vanskeligt at fortætte ved hjælp af konventionelle sintringsmetoder. Det er nødvendigt at tilføje nogle sintringshjælpemidler for at øge overfladeenergien eller overfladearealet og anvende særlige processer for at opnå tæt siliciumcarbidkeramik. I henhold til sintringsprocessen kan siliciumcarbid opdeles i omkrystalliseret siliciumcarbidkeramik, reaktionssintret siliciumcarbidkeramik, trykløs sintret siliciumcarbidkeramik, varmpresset sintret siliciumcarbidkeramik, højtemperatur varm isostatisk presning af sintret siliciumcarbidkeramik og kemisk dampaflejring af siliciumcarbid. Egenskaberne ved siliciumcarbid fremstillet ved forskellige processer er ret forskellige, det vil sige, at SIC fremstillet ved samme proces har dårlig ydeevne på grund af forskellige råmaterialer og tilsætningsstoffer.