Σκόνη καρβιδίου του πυριτίου

Η σκόνη καρβιδίου του πυριτίου είναι ένα εξαιρετικά ανθεκτικό λειαντικό και πυρίμαχο υλικό που χρησιμοποιείται στην παραγωγή ηλεκτρονικών συσκευών υψηλής θερμοκρασίας.

Η παραγωγή περιλαμβάνει τη θέρμανση της πυριτικής άμμου με πηγές άνθρακα, όπως το πετρελαϊκό κοκ, σε κλίβανο ηλεκτρικού τόξου για να σχηματιστούν τόσο μαύρα όσο και πράσινα καρβίδια του πυριτίου.Το μαύρο πυρίτιο έχει προσμίξεις σιδήρου, που προκαλούν πιο σκούρες αποχρώσεις στο φινίρισμά του.

Ιδιότητες

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα βιομηχανικό ορυκτό που αποτελείται από πυρίτιο και άνθρακα και έχει βρει ευρεία εφαρμογή στη βιομηχανία ως λειαντικό - από γυαλόχαρτο και τροχούς λείανσης μέχρι επενδύσεις βιομηχανικών κλιβάνων και κεραμικές πλάκες αλεξίσφαιρων γιλέκων, καθώς και υποστρώματα ημιαγωγών για διόδους εκπομπής φωτός (LED). Το SiC εμφανίζεται επίσης στη φύση ως ορυκτό μοισσανίτης. Το SiC απαντάται επίσης στη φύση ως ορυκτό μοισσανίτη. Το SiC μπορεί επίσης να βρεθεί φυσικά ως μοισσανίτης. Το SiC έχει πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης του ως πυρίμαχου υλικού επένδυσης για βιομηχανικούς κλιβάνους καθώς και ως κεραμικών πλακών που χρησιμοποιούνται με αλεξίσφαιρα γιλέκα για διόδους εκπομπής φωτός - υπάρχει ακόμη και στη φύση ως ορυκτό μοισσανίτη.

Το αλουμίνιο διαθέτει εξαιρετική αντοχή στην τριβή, αντέχοντας σε θερμοκρασίες έως 1400 βαθμούς Κελσίου χωρίς να υποβαθμίζεται σημαντικά η αντοχή του. Επιπλέον, η αντοχή του στη διάβρωση επεκτείνεται στα περισσότερα κοινά ανόργανα οξέα, άλατα και αλκάλια- ωστόσο μπορεί να διαβρωθεί υπό ορισμένες συνθήκες, όπως όταν έρχεται σε επαφή με όξινα φθοριούχα ή υδροφθορικά οξέα.

Το SiC είναι ένα ηλεκτρικά μονωτικό υλικό με υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και χαμηλό ειδικό βάρος που έχει τόσο χημικά σταθερές όσο και ηλεκτρικά μονωτικές ιδιότητες, προσφέροντας καλή χημική σταθερότητα καθώς και μη μαγνητικά χαρακτηριστικά. Λιώνει στους 2080 βαθμούς Κελσίου. Η στενά στοιβαγμένη δομή του SiC επιτρέπει τον τετραεδρικό συντονισμό μεταξύ των ατόμων πυριτίου και άνθρακα για υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος και ιδιότητες θερμικής αγωγιμότητας.

Οι σκόνες καρβιδίου του πυριτίου μπορούν να κατασκευαστούν για να επιτύχουν διάφορα επίπεδα καθαρότητας, κρυσταλλικής δομής και μεγέθους σωματιδίων. Μπορούν να παραχθούν με διάφορες διεργασίες - καρβοθερμική αναγωγή μέσω της διαδικασίας Acheson ή μετατροπή πολυμερών καθώς και χημικές αντιδράσεις αέριας φάσης υψηλής θερμοκρασίας - με διάφορες μεθόδους που οδηγούν στη δημιουργία τους. Αφού παρασκευαστούν, οι σκόνες αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή κεραμικών αντικειμένων, όπως πυρίμαχα σχήματα για βιομηχανικούς κλιβάνους ή στοιχεία ηλεκτρικής μόνωσης για ηλεκτρονικές συσκευές όπως μικροεπεξεργαστές.

Εφαρμογές

Η σκόνη καρβιδίου του πυριτίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολυάριθμες εφαρμογές. Ως ένα πολύ σκληρό υλικό με εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και χημική αντοχή, το καρβίδιο του πυριτίου αντέχει σε ακραίες θερμοκρασίες που κυμαίνονται από λιωμένο γυαλί έως και 1.400degC (2.552degF). Το καρβίδιο του πυριτίου συναντάται συχνά ως μέρος πυρίμαχων υλικών, όπως κεραμικά, γυαλί και τοιχώματα κλιβάνων φούρνων - και ακόμη και τροχοί λείανσης και γυαλόχαρτο κατασκευάζονται με τη χρήση αυτού του πρόσθετου. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου χρησιμεύει ως αναπόσπαστο υλικό σε εφαρμογές ημιαγωγών και ηλεκτρονικών προϊόντων υψηλής θερμοκρασίας.

Ο άνθρακας μπορεί επίσης να βρεθεί σε σύνθετα υλικά όπως το καρβίδιο πυριτίου ενισχυμένο με ίνες άνθρακα (CFRC), το οποίο συναντάται συνήθως στα φρένα των αυτοκινήτων και στα αλεξίσφαιρα γιλέκα λόγω της εξαιρετικής εφελκυστικής του αντοχής και της ικανότητάς του να αντέχει σε χτυπήματα υψηλής ταχύτητας.

Το πυροσυσσωματωμένο διοξείδιο του πυριτίου παράγεται συχνά με πυροσυσσωμάτωση υψηλής πίεσης σε θερμοκρασίες που φθάνουν έως και 11.000degC (1.815degF). Το τελικό προϊόν διαθέτει μια εξαιρετικά σφιχτοδεμένη δομή που αποτελείται από τέσσερα άτομα πυριτίου και τέσσερα άτομα άνθρακα συνδεδεμένα μεταξύ τους σε τετραεδρική διάταξη, μη μαγνητικές ιδιότητες και μπορεί να αντισταθεί στις περισσότερες χημικές ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των αλειφατικών υδρογονανθράκων, των αλκαλίων, των οργανικών οξέων και των λιωμένων αλάτων- ωστόσο δεν μπορεί να αντέξει ισχυρούς οξειδωτικούς παράγοντες όπως το υδροφθορικό οξύ και το φθοριούχο κάλιο.

Προετοιμασία

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα εξαιρετικά σκληρό πυρίμαχο υλικό που χρησιμοποιείται σε εφαρμογές όπως τροχοί λείανσης, ακονιστήρες, κοπτικά εργαλεία, αμμοβολή, κοπτικά υδροβολής και κεραμικά. Επιπλέον, παίζει αναπόσπαστο ρόλο σε κλιβάνους υψηλής θερμοκρασίας που χρησιμοποιούνται για την όπτηση γυαλιών και κεραμικών σε υψηλές θερμοκρασίες. Διατίθεται σε διάφορα μεγέθη σωματιδίων για συγκεκριμένες χρήσεις, καθώς και σε μαύρη ή λευκή μορφή - με πιο δημοφιλή την πρώτη (κρυσταλλική δομή Wurtzite) και τη δεύτερη (Zinc Blende).

Η σκόνη α-SiC έχει εξαγωνική κρυσταλλική δομή και σκληρότητα Mohs 7. Μπορεί να αντέξει σε ακραίες συνθήκες με το υψηλό σημείο τήξης και την ισχυρή θερμική αγωγιμότητα, ενώ δεν έχει προβλήματα τοξικότητας ή αδιάλυτα χαρακτηριστικά στο νερό ή την αλκοόλη. Επιπλέον, η αντοχή του έναντι οργανικών οξέων, αλκαλίων, αλάτων και όξινων φθοριόντων το καθιστά κατάλληλο για πολλές χρήσεις στη βιομηχανία και σε μηχανολογικές εφαρμογές.

Οι προηγμένες εφαρμογές απαιτούν την παραγωγή μεγαλύτερων μονών κρυστάλλων b-SiC με τη μέθοδο Lely, ώστε να μπορούν στη συνέχεια να κοπούν σε πολύτιμους λίθους, γνωστούς ως συνθετικός μοισσανίτης. Το SiC μπορεί επίσης να συγκολληθεί μεταξύ τους με τη χρήση ρητινών ή πολυμερών σε ίνες που χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση μετάλλων και άλλων υλικών.

Η εφεύρεση αναφέρεται σε μια διαδικασία για την κατασκευή σκονών b-SiC με ανάμιξη μιας πηγής Si που περιλαμβάνει Si και C με περίσσεια άνθρακα, θέρμανση της σύνθεσης και στη συνέχεια φιλτράρισμα, πλύσιμο και ξήρανση. Μόλις ολοκληρωθεί, αυτές οι σκόνες b-SiC μπορούν εύκολα να κονιορτοποιηθούν μέσω επόμενων διεργασιών, όπως η ξήρανση πλύσης διήθησης.

Αποθήκευση

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι μία από τις σκληρότερες ουσίες στον κόσμο, συναγωνιζόμενη σε σκληρότητα το διαμάντι και το καρβίδιο του βορίου. Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές που απαιτούν θερμικές και μηχανικές ιδιότητες, όπως υλικά ανθεκτικά στη φθορά, πυρίμαχα υλικά, κεραμικά, ημιαγωγοί και λειαντικά ημιαγωγών και εφαρμογές ανθεκτικές στη φθορά, επιστρώσεις ανθεκτικές στη φθορά, αντοχή σε θερμικό σοκ, χαμηλούς ρυθμούς θερμικής διαστολής και υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, το καρβίδιο του πυριτίου προσφέρει εξαιρετικές ιδιότητες αντοχής, ανθεκτικότητας και ηλεκτρικής αγωγιμότητας που το καθιστούν μια ευέλικτη επιλογή υλικού.

Οι αεροδιαστημικές βιομηχανίες βασίζονται σε μεγάλο βαθμό σε εξαρτήματα σε σκόνη SiC που αντέχουν σε ακραία θερμότητα και πίεση, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων φρένων που χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα για τη βελτίωση της απόδοσης, μειώνοντας παράλληλα τη φθορά των ρότορων και των τυμπάνων. Εν τω μεταξύ, οι βιομηχανίες ημιαγωγών το χρησιμοποιούν σε εξοπλισμό επεξεργασίας πλακιδίων για την αποτελεσματικότερη διαχείριση της θερμότητας, καθώς και για κεραμικές πλάκες αλεξίσφαιρων γιλέκων που προστατεύουν τους στρατιώτες από χτυπήματα υψηλής ταχύτητας.

Το μαύρο καρβίδιο του πυριτίου παράγεται σε ηλεκτρικό κλίβανο αντίστασης σε υψηλές θερμοκρασίες χρησιμοποιώντας χαλαζιακή άμμο και πετρελαϊκό κοκ ως πρωτογενείς πρώτες ύλες. Έχει μέση σκληρότητα μεταξύ της λιωμένης αλουμίνας και του συνθετικού διαμαντιού και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως λειαντικό υλικό κατά την επεξεργασία υλικών χαμηλής αντοχής σε εφελκυσμό, όπως ο χυτοσίδηρος, τα μη σιδηρούχα μέταλλα, τα πετρώματα, το δέρμα και το καουτσούκ. Επιπλέον, το μαύρο καρβίδιο του πυριτίου χρησιμοποιείται συχνά για την παραγωγή πυρίμαχων υλικών και μεταλλουργικών προσθέτων.