Ränikarbiidi pulber

Ränikarbiidipulber on äärmiselt vastupidav abrasiivne ja tulekindel materjal, mida kasutatakse kõrge temperatuuriga elektroonikaseadmete tootmisel.

Tootmine hõlmab räniliiva kuumutamist koos süsiniku allikatega, näiteks naftakoksiga, elektrikaarahjus, et moodustada nii musti kui ka rohelisi ränikarbiide; mustal ränikarbiidil on raua lisandeid, mis annab selle viimistluses tumedamaid värvitoone.

Omadused

Ränikarbiid (SiC) on ränist ja süsinikust koosnev tööstuslik mineraal, mis on leidnud laialdast kasutamist tööstusliku abrasiivina - alates liivapaberist ja lihvketastest kuni tööstuslike ahjuvooderdiste ja kuulikindlate vestide keraamiliste plaatide ning samuti valgusdioodide (LED) pooljuhtide substraatidena. SiC esineb ka looduslikult moissaniitmineraalina. SiC esineb looduslikult ka moissaniitmineraalina. SiC leidub looduslikult ka moissaniidina. SiC-l on palju rakendusi, sealhulgas kasutamine tulekindla vooderdisena tööstuslike ahjude jaoks, samuti keraamiliste plaatidena, mida kasutatakse kuulikindlate vestide puhul valgusdioodide jaoks - see esineb isegi looduslikult moissaniitmineraalina.

Alumiiniumil on suurepärane kulumiskindlus, mis talub temperatuuri kuni 1400 °C, ilma et selle tugevus oluliselt väheneks. Lisaks sellele on alumiinium korrosioonikindel enamiku tavaliste anorgaaniliste hapete, soolade ja leelismetallide suhtes; siiski võib see teatud tingimustel korrodeeruda, näiteks kokkupuutel happeliste fluoriidide või vesinikfluoriidhapetega.

SiC on kõrge tõmbetugevuse ja madala erikaaluga elektriliselt isoleeriv materjal, mis on nii keemiliselt stabiilne kui ka elektriliselt isoleeriv, pakkudes head keemilist stabiilsust ja mittemagnetilisi omadusi. See sulab temperatuuril 2080 °C. SiC tihedalt pakitud struktuur võimaldab räni ja süsiniku aatomite vahelist tetraeedrilist koordinatsiooni, mis tagab suure tugevuse ja kaalu suhte ning soojusjuhtivuse omadused.

Ränikarbiidipulbreid saab valmistada erineva puhtusastme, kristallstruktuuri ja osakeste suuruse saavutamiseks. Neid saab toota erinevate protsesside abil - karbotermiline redutseerimine Achesoni protsessi või polümeeride muundamise teel, samuti kõrge temperatuuriga gaasifaasi keemilised reaktsioonid -, kusjuures nende loomiseks kasutatakse erinevaid meetodeid. Pärast valmistamist saab neid pulbreid kasutada keraamiliste toodete, näiteks tulekindlate vormide valmistamiseks tööstuslike ahjude jaoks või elektriisolatsioonielementide valmistamiseks elektroonikaseadmete, näiteks mikroprotsessorite jaoks.

Rakendused

Ränikarbiidipulbrit saab kasutada paljudes rakendustes. Ränikarbiid on väga vastupidav materjal, millel on suurepärane soojusjuhtivus ja keemiline vastupidavus, ning see peab vastu äärmuslikele temperatuuridele, mis ulatuvad sulatatud klaasist kuni 1400degC (2,552degF). Ränikarbiidi leidub sageli tulekindlate materjalide, näiteks keraamika, klaasi ja ahjude seinte osana ning isegi lihvimisrattad ja liivapaberid on valmistatud selle lisandi abil. Lisaks sellele on ränikarbiid lahutamatu materjal kõrge temperatuuriga pooljuhtide ja elektroonika rakendustes.

Süsinikku võib leida ka komposiitmaterjalides, näiteks süsinikkiududega tugevdatud ränikarbiidis (CFRC), mida kasutatakse tavaliselt autode pidurites ja kuulikindlates vestides, kuna see on väga hea tõmbetugevusega ja suudab vastu pidada suure kiirusega kokkupõrgetele.

Sinteritud ränidioksiidi toodetakse sageli kõrgsurve paagutamise teel temperatuuril, mis ulatub kuni 11 000 °C (1815 °F). Lõpptootel on äärmiselt tihedalt pakitud struktuur, mis koosneb neljast räni ja neljast süsinikuaatomist, mis on omavahel seotud tetraeedrilises paigutuses, mittemagnetilised omadused ning see on vastupidav enamikule kemikaalidele, sealhulgas alifaatsetele süsivesinikele, leelistele, orgaanilistele hapetele ja sulasooladele; see ei talu siiski tugevaid oksüdeerivaid aineid, nagu fluorvesinikhape ja kaaliumfluoriid.

Ettevalmistus

Ränikarbiid on äärmiselt kõva tulekindel materjal, mida kasutatakse muu hulgas lihvimisrataste, lihvkivide, lõiketööriistade, liivapritside, veepihusti lõikurite ja keraamika valmistamiseks. Lisaks on see oluline osa kõrgtemperatuurilistes põletusahjudes, mida kasutatakse klaaside ja keraamika põletamiseks kõrgetel temperatuuridel. Saadaval eri osakeste suuruses konkreetsete kasutusalade jaoks, samuti musta või valge kujul - kõige populaarsem on esimene (Wurtzite kristallstruktuur) ja teine (Zinc Blende).

a-SiC pulbril on heksagonaalne kristallstruktuur ja Mohsi kõvadus on 7. See peab vastu äärmuslikes tingimustes oma kõrge sulamistemperatuuri ja tugeva soojusjuhtivuse tõttu ning ei ole toksilisuse ega vees või alkoholis lahustumatu. Lisaks sellele muudab tema vastupidavus orgaaniliste hapete, leeliste, soolade ja happeliste fluoriidide suhtes selle sobivaks paljudeks kasutusaladeks tööstuses ja tehnilistes rakendustes.

Täiustatud rakendused nõuavad suuremate b-SiCi üksikkristallide tootmist Lely meetodil, et neid saaks seejärel lõigata kalliskivideks, mida tuntakse sünteetilise moissaniidi nime all. SiC-i saab ka siduda vaikudega või polümeeridega kiudududeks, mida kasutatakse metallide ja muude materjalide tugevdamiseks.

Leiutis käsitleb b-SiC pulbrite valmistamise protsessi, mille käigus segatakse Si ja C sisaldav Si-allikas koos süsiniku ülejäägiga, kuumutatakse segu ning seejärel filtreeritakse, pestakse ja kuivatatakse see. Kui need b-SiC-pulbrid on valmis, saab neid kergesti pulbristada järgnevate protsesside, näiteks filtreerimise pesukuivatuse abil.

Ladustamine

Ränikarbiid on üks maailma kõvemaid aineid, mis konkureerib kõvaduse poolest teemandi ja boorkarbiidiga. Ränikarbiidi kasutatakse termilisi ja mehaanilisi omadusi nõudvates rakendustes, nagu kulumiskindlad materjalid, tulekindlad materjalid, keraamika, pooljuhtide ja pooljuhtide abrasiivmaterjalid ning kulumiskindlad rakendused; kulumiskindlad katted; soojusšokikindlus; madalad soojuspaisumise määrad ja kõrge elektrijuhtivus, mistõttu ränikarbiid pakub erakordset tugevust, vastupidavust ja elektrijuhtivuse omadusi, mis teevad sellest mitmekülgse materjalivaliku.

Lennundus- ja kosmosetööstus kasutab suurel määral SiC-pulberkomponente, mis peavad vastu äärmuslikule kuumusele ja survele, sealhulgas autodes kasutatavad pidurisüsteemid, et parandada jõudlust, vähendades samal ajal rootorite ja trummlite kulumist. Samal ajal kasutab pooljuhtide tööstus seda kiipide töötlemise seadmetes, et tõhusamalt juhtida kuumust, ning ka kuulikindlate vestide keraamilistes plaatides, mis kaitsevad sõdureid suure kiirusega kokkupõrgete eest.

Musta ränikarbiidi valmistatakse elektritakistusahjus kõrgel temperatuuril, kasutades esmase toorainena kvartsliiva ja naftakoksi. Selle keskmine kõvadus jääb sulatatud alumiiniumoksiidi ja sünteetilise teemandi vahele ning seda saab kasutada abrasiivmaterjalina madala tõmbetugevusega materjalide, näiteks malmi, värviliste metallide, kivimite, naha ja kummi töötlemisel. Lisaks kasutatakse musta ränikarbiidi sageli tulekindlate materjalide ja metallurgiliste lisaainete tootmisel.