Siliciumkarbidpulver

Siliciumkarbidpulver er et yderst holdbart slibemiddel og ildfast materiale, der anvendes i produktionen af elektroniske komponenter til høje temperaturer.

Fremstillingen foregår ved opvarmning af kvartssand sammen med kulstofkilder, såsom petroleums-koks, i en lysbueovn, hvorved der dannes både sort og grønt siliciumkarbid; sort siliciumkarbid indeholder jernforureninger, hvilket giver overfladen en mørkere farve.

Egenskaber

Siliciumkarbid (SiC) er et industrielt mineral, der består af silicium og kulstof, og som har fundet bred anvendelse i industrien som slibemiddel – lige fra sandpapir og slibeskiver til foringer i industrielle ovne og keramiske plader i skudsikre veste samt halvledersubstrater til lysdioder (LED’er). SiC forekommer også naturligt som mineralet moissanit. SiC kan også findes naturligt som mineralet moissanit. SiC findes også naturligt som moissanit. SiC har mange anvendelsesmuligheder, herunder som ildfaste foringer til industrielle ovne samt keramiske plader, der anvendes i skudsikre veste og til lysdioder – det findes endda naturligt som moissanit.

Aluminium har en fremragende slidstyrke og kan modstå temperaturer på op til 1400 °C uden væsentligt tab af styrke. Desuden er det korrosionsbestandigt over for de fleste almindelige uorganiske syrer, salte og baser; det kan dog korrodere under visse omstændigheder, f.eks. ved kontakt med syrefluorider eller flussyre.

SiC er et elektrisk isolerende materiale med høj trækstyrke og lav vægtfylde, der både er kemisk stabilt og har elektrisk isolerende egenskaber, hvilket giver god kemisk stabilitet samt ikke-magnetiske egenskaber. Det smelter ved 2080 °C. SiC’s tætpakkede struktur muliggør tetraedrisk koordinering mellem silicium- og kulstofatomer, hvilket giver et højt styrke-til-vægt-forhold og gode varmeledningsevneegenskaber.

Siliciumcarbidpulver kan fremstilles med forskellige renhedsgrader, krystalstrukturer og partikelstørrelser. De kan fremstilles ved hjælp af forskellige processer – karbotermisk reduktion via Acheson-processen eller polymerkonvertering samt kemiske reaktioner i gasfase ved høje temperaturer – hvor forskellige metoder fører til deres fremstilling. Når pulveret er fremstillet, kan det anvendes til fremstilling af keramiske produkter, såsom ildfaste emner til industrielle ovne eller elektriske isolationselementer til elektroniske enheder såsom mikroprocessorer.

Anvendelser

Siliciumkarbidpulver kan anvendes i en lang række sammenhænge. Som et meget hårdført materiale med fremragende varmeledningsevne og kemisk modstandsdygtighed tåler siliciumkarbid ekstreme temperaturer, der spænder fra smeltet glas op til 1.400 °C (2.552 °F). Siliciumkarbid indgår ofte i ildfaste materialer såsom keramik, glas og ovnvægge – og selv slibeskiver og sandpapir fremstilles med siliciumkarbid som tilsætningsstof. Derudover er siliciumkarbid et uundværligt materiale i højtemperaturhalvledere og elektroniske anvendelser.

Kulstof findes også i kompositmaterialer som kulfiberforstærket siliciumkarbid (CFRC), der ofte anvendes i bilbremser og skudsikre veste på grund af dets fremragende trækstyrke og evne til at modstå stød ved høje hastigheder.

Sintreret siliciumdioxid fremstilles ofte ved hjælp af højtrykssintring ved temperaturer på op til 11.000 °C (1.815 °F). Det færdige produkt har en ekstremt tætpakket struktur bestående af fire siliciumatomer og fire kulstofatomer bundet sammen i en tetraedrisk opstilling, er ikke-magnetisk og kan modstå de fleste kemikalier, herunder alifatiske kulbrinter, baser, organiske syrer og smeltede salte; det kan dog ikke modstå stærke oxidationsmidler såsom fluoridsyre og kaliumfluorid.

Forberedelse

Siliciumkarbid er et ekstremt hårdt ildfast materiale, der anvendes i blandt andet slibeskiver, slibesten, skæreværktøjer, sandblæsning, vandstråleskærere og keramik. Derudover spiller det en afgørende rolle i højtemperaturovne, der anvendes til brænding af glas og keramik ved høje temperaturer. Fås i forskellige partikelstørrelser til specifikke anvendelser samt i sort eller hvid udgave – hvor den førstnævnte (Wurtzit-krystalstruktur) og den sidstnævnte (Zinkblende) er de mest populære.

Et a-SiC-pulver har en sekskantet krystalstruktur og en Mohs-hårdhed på 7. Det kan modstå ekstreme forhold takket være sit høje smeltepunkt og sin høje varmeledningsevne, og det udgør ingen toksicitet og er ikke uopløseligt i vand eller alkohol. Desuden gør dets modstandsdygtighed over for organiske syrer, baser, salte og syrefluorider det velegnet til mange anvendelser inden for industri og ingeniørvirksomhed.

Avancerede anvendelser kræver, at der fremstilles større enkeltkrystaller af b-SiC ved hjælp af Lely-metoden, så disse derefter kan skæres til ædelstene, der kaldes syntetisk moissanit. SiC kan også limes sammen ved hjælp af harpikser eller polymerer til fibre, der anvendes til forstærkning af metaller og andre materialer.

Opfindelsen vedrører en fremgangsmåde til fremstilling af b-SiC-pulver ved at blande en Si-kilde, der indeholder Si og C, med et overskud af kulstof, opvarme blandingen og derefter filtrere, vaske og tørre den. Når fremstillingen er afsluttet, kan disse b-SiC-pulvere let pulveriseres gennem efterfølgende processer såsom filtrering, vask og tørring.

Opbevaring

Siliciumkarbid er et af verdens hårdeste stoffer og kan måle sig med diamant og borkarbid, hvad angår hårdhed. Det anvendes i sammenhænge, der kræver særlige termiske og mekaniske egenskaber, såsom slidstærke materialer, ildfaste materialer, keramiske materialer, halvledere og halvlederslibemidler samt slidstærke anvendelser; slidstærke belægninger; modstandsdygtighed over for termisk chok; lave termiske udvidelseskoefficienter og høj elektrisk ledningsevne. Siliciumkarbid tilbyder enestående styrke, holdbarhed og elektrisk ledningsevne, hvilket gør det til et alsidigt materialevalg.

Luftfartsindustrien er i høj grad afhængig af komponenter fremstillet af SiC-pulver, der kan modstå ekstrem varme og tryk, herunder bremsesystemer til biler, der forbedrer ydeevnen og samtidig mindsker slitage på bremseskiver og -tromler. Halvlederindustrien anvender det derimod i udstyr til bearbejdning af waferplader for at styre varmen mere effektivt, samt til keramiske plader i skudsikre veste, der beskytter soldater mod anslag med høj hastighed.

Sort siliciumkarbid fremstilles i en elektrisk modstandsovn ved høje temperaturer ved hjælp af kvartssand og petroleums-koks som primære råmaterialer. Det har en gennemsnitlig hårdhed, der ligger mellem smeltet aluminiumoxid og syntetisk diamant, og kan anvendes som slibemateriale ved bearbejdning af materialer med lav trækstyrke, såsom støbejern, ikke-jernholdige metaller, sten, læder og gummi. Desuden anvendes sort siliciumkarbid ofte til fremstilling af ildfaste materialer og metallurgiske tilsætningsstoffer.