κεραμικό καρβίδιο πυριτίου

Τα δομικά κεραμικά, γνωστά και ως τεχνικά κεραμικά, είναι μια κατηγορία προηγμένων κεραμικών που ασκούν κυρίως τις μηχανικές, θερμικές, χημικές και άλλες επιδράσεις των υλικών. Τα δομικά κεραμικά έχουν τις ιδιότητες της αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες, της αντοχής στη φθορά, της αντοχής στη διάβρωση, της αντοχής στην οξείδωση και του χαμηλού ερπυσμού υπό υψηλή θερμοκρασία. Μπορούν να αντέξουν στο σκληρό περιβάλλον εργασίας για το οποίο τα μεταλλικά υλικά και τα πολυμερή υλικά δεν είναι αρμόδια. Χρησιμοποιούνται ευρέως στην αεροπορία, τα μηχανήματα, την αυτοκινητοβιομηχανία, τη μεταλλουργία, τη χημική βιομηχανία, την ηλεκτρονική και άλλους τομείς και έχουν γίνει μια κατηγορία κεραμικών υλικών που αναπτύσσονται πολύ γρήγορα.Τα δομικά κεραμικά περιλαμβάνουν κυρίως κεραμικά οξειδίων, κεραμικά νιτριδίων και κεραμικά καρβιδίων. Τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου παρουσιάζονται κυρίως παρακάτω. Το καρβίδιο του πυριτίου, κοινώς γνωστό ως καρβορουνδίου, επίσης γνωστό ως καρβορουνδία, είναι μια τυπική ένωση ομοιοπολικού δεσμού που σχεδόν δεν υπάρχει στη φύση. Το 1890, όταν οι Eword και G. Acheson θέλησαν να συνθέσουν διαμάντι προσθέτοντας πυρίτιο στον άνθρακα ως καταλύτη, παρασκεύασαν καρβίδιο του πυριτίου. Σήμερα, εξακολουθεί να μελετάται και να αναπτύσσεται.

Το καρβίδιο του πυριτίου χρησιμοποιήθηκε αρχικά λόγω της εξαιρετικά σκληρής απόδοσής του, το οποίο μπορεί να παρασκευαστεί σε διάφορους τροχούς λείανσης, λειαντικά υφάσματα, λειαντικό χαρτί και διάφορα λειαντικά και χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία μηχανικής επεξεργασίας. Στον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, διαπιστώθηκε ότι το κεραμικό καρβίδιο του πυριτίου μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί ως αναγωγικό μέσο και θερμαντικό στοιχείο στην παραγωγή χάλυβα, προωθώντας έτσι την ταχεία ανάπτυξή του. Με την περαιτέρω έρευνα, διαπιστώθηκε ότι έχει πολλές εξαιρετικές ιδιότητες, όπως σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, υψηλή θερμική αγωγιμότητα, αντοχή στη διάβρωση από οξέα και αλκάλια, χαμηλό συντελεστή διαστολής και καλή αντοχή στο θερμικό σοκ.

Υπάρχουν κυρίως δύο κρυσταλλικές μορφές καρβιδίου του πυριτίου, δηλαδή: κυβικό β- SIC4 και εξαγωνικό α- SIC。 Οι βασικές δομικές μονάδες του πλέγματος καρβιδίου του πυριτίου είναι τα τετράεδρα SIC4 και CSI4 που διαπερνούν το ένα το άλλο. Τα τετράεδρα μοιράζονται την ίδια ακμή για να σχηματίσουν ένα επίπεδο στρώμα και οι κορυφές συνδέονται με το επόμενο στρώμα τετραέδρων για να σχηματίσουν έναν τρισδιάστατο μηχανισμό. Δεδομένου ότι διαφορετικές αλληλουχίες στοίβαξης τετραέδρων μπορούν να σχηματίσουν διαφορετικές δομές, έχουν βρεθεί μέχρι σήμερα εκατοντάδες παραλλαγές. Γενικά, χρησιμοποιούνται συνοπτικά και διαισθητικά σύμβολα, δηλαδή τα γράμματα C, H, R, για την αναπαράσταση του τύπου πλέγματος, και ο αριθμός των στρωμάτων που περιέχονται στη μοναδιαία κυψελίδα χρησιμοποιείται για να δείξει τη διαφορά. Παρόλο που οι σταθερές πλέγματος αυτών των πολυμορφών είναι διαφορετικές, δεν υπάρχει προφανής αλλαγή στις ουσίες που περιέχονται σε αυτές. το κεραμικό καρβίδιο του πυριτίου είναι μια τυπική ένωση σθένους, αλλά υπάρχουν και κάποιοι ιοντικοί τύποι. Σύμφωνα με θεωρητικό υπολογισμό, 78% της συνολικής ενέργειας του δεσμού SI-C ανήκει στην ομοιοπολική κατάσταση και 22% ανήκει στην ιοντική κατάσταση. Λόγω του μικρού μεγέθους των ατόμων S και C, του μήκους του δεσμού και του ισχυρού ομοιοπολικού δεσμού, το κεραμικό καρβίδιο του πυριτίου έχει μια σειρά χαρακτηριστικών, όπως υψηλή σκληρότητα, ορισμένη μηχανική αντοχή και δύσκολη πυροσυσσωμάτωση.

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι μια τυπική σταθερή ένωση συνδεδεμένη με ομοιοπολικό δεσμό. Επιπλέον, ο συντελεστής διάχυσης είναι χαμηλός, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη συμπύκνωσή του με συμβατικές μεθόδους πυροσυσσωμάτωσης. Είναι απαραίτητο να προστεθούν κάποια βοηθήματα πυροσυσσωμάτωσης για την αύξηση της επιφανειακής ενέργειας ή της επιφάνειας και να υιοθετηθούν ειδικές διεργασίες για την απόκτηση πυκνών κεραμικών καρβιδίου πυριτίου. Ανάλογα με τη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης, το καρβίδιο του πυριτίου μπορεί να χωριστεί σε κεραμικά καρβιδίου πυριτίου που ανακρυσταλλώνονται, σε κεραμικά καρβιδίου πυριτίου που πυροσυσσωματώνονται με αντίδραση, σε κεραμικά καρβιδίου πυριτίου που πυροσυσσωματώνονται χωρίς πίεση, σε κεραμικά καρβιδίου πυριτίου που πυροσυσσωματώνονται με θερμή πρέσα, σε κεραμικά καρβιδίου πυριτίου που πυροσυσσωματώνονται με θερμή ισοστατική πρέσα υψηλής θερμοκρασίας και σε κεραμικά καρβιδίου πυριτίου που εναποτίθενται με χημική εναπόθεση ατμών. Οι ιδιότητες του καρβιδίου του πυριτίου που παρασκευάζεται με διάφορες διεργασίες είναι αρκετά διαφορετικές, δηλαδή το SIC που παρασκευάζεται με την ίδια διεργασία έχει κακές επιδόσεις λόγω διαφορετικών πρώτων υλών και πρόσθετων.