ränikarbiidkeraamika

Struktuurikeraamika, mida nimetatakse ka tehnokeraamikaks, on täiustatud keraamika klass, mis avaldab peamiselt materjalide mehaanilist, termilist, keemilist ja muud mõju. Struktuurikeraamika omadused on kõrge temperatuurikindlus, kulumiskindlus, korrosioonikindlus, oksüdatsioonikindlus ja vähene roomavus kõrge temperatuuri all. Nad suudavad vastu pidada karmile töökeskkonnale, milleks metallmaterjalid ja polümeermaterjalid ei ole pädevad. Neid kasutatakse laialdaselt lennunduses, masinatööstuses, autotööstuses, metallurgias, keemiatööstuses, elektroonikas ja muudes valdkondades ning neist on saanud keraamiliste materjalide klass, mis areneb väga kiiresti.Struktuurikeraamika hõlmab peamiselt oksiidkeraamikat, nitriidkeraamikat ja karbiidkeraamikat. Allpool tutvustatakse peamiselt ränikarbiidkeraamikat. Ränikarbiid, üldtuntud kui karborund, tuntud ka kui karborund, on tüüpiline kovalentsete sidemetega ühend, mida looduses peaaegu ei eksisteeri. Kui Eword ja G. Acheson tahtsid 1890. aastal sünteesida teemanti, lisades süsinikule katalüsaatorina räni, valmistasid nad ränikarbiidi. Tänapäeval uuritakse ja arendatakse seda endiselt.

Ränikarbiidi kasutati algselt selle ülikõva toimivuse tõttu, mida saab valmistada erinevateks lihvketasteks, abrasiivkangasteks, abrasiivpaberiks ja mitmesugusteks abrasiivideks ning mida kasutatakse laialdaselt mehaanilise töötlemise tööstuses. Teises maailmasõjas leiti, et ränikarbiidkeraamikat saab kasutada ka redutseerijana ja kütteelemendina terasetootmises, mis soodustas selle kiiret arengut. Edasiste uuringutega leiti, et sellel on palju suurepäraseid omadusi, näiteks kõrge temperatuuristabiilsus, kõrge soojusjuhtivus, happekindlus ja leeliskorrosioonikindlus, madal paisumiskoefitsient ja hea termilise šoki vastupidavus.

Ränikarbiidil on peamiselt kaks kristallvormi, nimelt: kuubiline β- SIC4 ja heksagonaalne α- SIC。 Ränikarbiidi võre põhilised struktuuriüksused on üksteist läbivad SIC4 ja CSI4 tetraeedrid. Tetraeedrid jagavad sama serva, et moodustada tasapinnaline kiht, ja tipud on ühendatud järgmise tetraeedrikihiga, et moodustada kolmemõõtmeline mehhanism. Kuna erinevad tetraeedrite virnastamise järjestused võivad moodustada erinevaid struktuure, on seni leitud sadu variante. Üldiselt kasutatakse lühikesi ja intuitiivseid sümboleid, nimelt tähti C, H, R, võrestiku tüübi tähistamiseks ning erinevuse näitamiseks kasutatakse ühikrakus sisalduvate kihtide arvu. Kuigi nende polümorfide võrekonstandid on erinevad, ei ole neis esinevad ained ilmselgelt muutunud. ränikarbiidkeraamika on tüüpiline valentsiühend, kuid on olemas ka mõned ioonsed tüübid. Teoreetiliste arvutuste kohaselt kuulub SI-C sideme koguenergiast 78% kovalentsesse olekusse ja 22% ioonilisse olekusse. S- ja C- aatomite väikese suuruse, sideme pikkuse ja tugeva kovalentsuse tõttu on ränikarbiidkeraamikal rida omadusi, näiteks suur kõvadus, teatav mehaaniline tugevus ja raske paagutamine.

Ränikarbiid on tüüpiline kovalentsete sidemetega seotud stabiilne ühend. Lisaks on selle difusioonikoefitsient madal, mistõttu on seda raske tihendada tavapäraste paagutusmeetoditega. Tiheda ränikarbiidkeraamika saamiseks on vaja lisada mõningaid paagutamise abiaineid, et suurendada pinnaenergiat või pindala, ning võtta kasutusele eriprotseduurid. Vastavalt paagutusprotsessile võib ränikarbiidi jagada ümberkristalliseeritud ränikarbiidkeraamika, reaktsioonis paagutatud ränikarbiidkeraamika, surveta paagutatud ränikarbiidkeraamika, kuumpressitud paagutatud ränikarbiidkeraamika, kõrge temperatuuriga kuuma isostaatilise pressimisega paagutatud ränikarbiidkeraamika ja keemilise aurustamise ränikarbiidiks. Erinevate protsesside abil valmistatud ränikarbiidi omadused on üsna erinevad, st sama protsessi abil valmistatud ränikarbiidi omadused on erinevate toorainete ja lisandite tõttu halvad.