Milleks kasutatakse ränikarbiidi?

Ränikarbiidil on palju rakendusi ja seda kasutatakse abrasiivide, keraamilise pulbri ja kuulikindla soomuse kujul.

Karborund (SiC), räni ja süsiniku kristalliline ühend, on üks kõvemaid teadaolevaid aineid, millel on unikaalsed omadused, mis muudavad selle kasulikuks erinevates tööstusharudes.

Abrasiivsed

Ränikarbiid on kõva ja rabe, mistõttu on see tõhus abrasiivne materjal. Tootjad kasutavad seda toodete, näiteks liivapaberi tootmisel; seda materjali on saadaval erineva terasuurusega, alates jämedast kuni väga peene terasuuruseni lihvimistöödeks, kusjuures jämedamaid terasid kasutatakse suurte varakoguste eemaldamiseks esialgsetes lihvimistöödes, samas kui peenemad terad lihvivad töödeldava detaili pindu, et saada siledaid viimistluspindu.

Abrasiivset ränikarbiidi kasutatakse suure vastupidavusega toodetes, näiteks autode pidurites ja keraamilistes plaatides, mida kasutatakse kuulikindlates vestides. Lisaks võib seda materjali leida ka komposiitmaterjalides, näiteks süsinikkiududega tugevdatud ränikarbiidis (CFRC).

Tulekindlad

Ränikarbiid on asendamatu tooraine tulekindlate materjalide tootmisel. Tänu stabiilsetele keemilistele omadustele, kõrgele soojusjuhtivusele, väikesele soojuspaisumistegurile ja suurepärasele kulumiskindlusele on see ideaalne materjal kõrge temperatuurikindlusega abrasiivmaterjalide, näiteks lintide, liivapaberi, lihvketaste ja õlikivi tööriistade ning monokristallilise räni/polükristallilise räni tööpinkide valmistamiseks.

Metall on väga kõva ja rabe, kuid samas suure termilise ja mehaanilise stabiilsusega. Koosneb räni aatomitest, mida ümbritsevad süsiniku- ja hapniku aatomid, mistõttu on metall vastupidav kuumusele ja mehaanilisele pingele ning tal on muljetavaldav sulamistemperatuur.

Puhas ränikarbiid on värvitu; tööstuslike kvaliteediklasside värvus võib varieeruda pruunist kuni mustani, mis tuleneb raua, alumiiniumi, lämmastiku või vaba süsiniku sisaldusest. On olemas doteerimismeetodid, mis loovad erinevaid pooljuhte: näiteks n-tüüpi ränikarbiidi võib doteerida lämmastiku või fosforiga, samas kui p-tüüpi versioone saab doteerida alumiiniumi, boori või galliumiga.

Kuulikindel soomus

Ränikarbiid on üks kõvemaid materjale Maal. Seetõttu sobib see ideaalselt kuulikindlate vestide valmistamiseks, mida kannavad politseinikud ja sõjaväelased, ning tänu oma soojusomadustele on see kuumakindel.

Sellised keraamilised materjalid on teadaolevalt tugevad. Lisaks sellele on keraamilised materjalid suurepärased soojus- ja elektrijuhtmed, mis muudab need ideaalseks elektrooniliste rakenduste, näiteks võimsustransistoride jaoks. Veel üks eelis on korrosioonikindlus.

Puhta ränikarbiidil on mitmekihiline struktuur ja seda on mitmesuguseid polütüüpe või variante, mida eristab nende virnastamise järjestus, mis annab igale tüübile unikaalsed füüsikalised omadused - näiteks mõned vormid sisaldavad kovalentseid sidemeid nelja süsinikuaatomi vahel, mis on kovalentselt seotud ühe räni aatomiga, moodustades keerulise võrgustiku struktuuri.

Moissaniiti toodetakse sünteetiliselt ja seda leidub looduses väga harva, kuigi väikestes kogustes võib esineda moissaniidist juveele. Moissaniidil on oluline roll elektrisõidukites, sest tema võime taluda kõrgeid temperatuure võimaldab sõidukitel saada energiatõhusamaks, vähendades samal ajal aktiivseid jahutussüsteeme, mis lisavad kaalu, kulusid ja keerukust.

Pooljuhtide

Ränikarbiidkeraamika on mitmekülgne mittekoksiidkeraamika, mida kasutatakse nii mehaanilist kui ka termilist tugevust nõudvates rakendustes, näiteks kulumiskindlates osades, kuumakindlates tulekindlates materjalides, termilise paisumise kontrollimiseks ning kõrgetel temperatuuridel või pingetel töötavates pooljuhtelektroonikaseadmetes. Ränikarbiidi kõvadus muudab selle sobivaks nendeks kasutusaladeks, samas kui selle soojusjuhtivus teeb sellest tõhusa kuumuskindla materjali. Selle lai kasutusvaldkond ulatub kaugemale kui ainult mehaanilised rakendused; mõned näited on: abrasiivsed materjalid, kulumiskindlad osad, tulekindlad materjalid soojuskindluse tagamiseks ja vastavalt kõrgetel temperatuuridel või pingetel töötavad pooljuhtelektroonikaseadmed.

Kristalliline ränikarbiid moodustab tihedalt paigutatud struktuuri, mis koosneb kovalentselt seotud aatomitest, mis moodustavad kaks primaarset koordinatsioonitetraeedrit, mis koosnevad neljast räni ja neljast süsiniku aatomist, andes sellele uskumatu kõvaduse ja tugevuse. Kahjuks on see vees või alkoholis lahustumatu, kuid vastupidav enamiku orgaaniliste ja anorgaaniliste hapete/soolade suhtes (erandiks on vesinikfluoriidhape ja happelised fluoriidid).

Ränikarbiidist pooljuhtidel on lai ribalõhe, mis võimaldab luua palju väiksemaid ja tõhusamaid seadmeid kui samaväärsed ränist (Si), mis avab võimaluse nende kasutamiseks elektrisõidukite jõuelektroonikas ning toetab digiteerimisprotsesse tööstusprotsessides.