Mihin piikarbidia käytetään?

Piikarbidilla on monia käyttökohteita, ja sitä käytetään hioma-aineina, keraamisina jauheina ja luodinkestävinä panssareina.

Karborundi (SiC), piin ja hiilen kiteinen yhdiste, on yksi kovimmista tunnetuista aineista, jolla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä hyödyllisen eri teollisuudenaloilla.

Hionta-aine

Piikarbidi on kovaa ja haurasta, mikä tekee siitä tehokkaan hioma-aineen. Valmistajat käyttävät sitä tuotteiden, kuten hiomapaperin, valmistuksessa; tätä materiaalia on saatavana eri raekokoja karkeasta erittäin hienoon raekokoon hiontatöissä, joissa karkeampia raekokoja käytetään suurten varastomäärien poistamiseen alkuhionnassa, kun taas hienompia raekokoja käytetään työkappaleen pintojen kiillottamiseen sileän viimeistelyn aikaansaamiseksi.

Hioma piikarbidia käytetään tuotteissa, jotka vaativat suurta kestävyyttä, kuten autojen jarruissa ja luodinkestävissä liiveissä käytetyissä keraamisissa levyissä. Lisäksi tätä materiaalia löytyy myös komposiittimateriaaleista, kuten hiilikuituvahvisteisesta piikarbidista (CFRC).

Tulenkestävä

Piikarbidi on välttämätön raaka-aine tulenkestävien materiaalien tuotannossa. Vakaat kemialliset ominaisuudet, korkea lämmönjohtavuus, pieni lämpölaajenemiskerroin ja erinomainen kulutuskestävyys tekevät siitä ihanteellisen materiaalin korkeaa lämpötilaa kestävien hioma-aineiden, kuten hihnahiomakkeiden, hiekkapaperin, hiomalaikkojen ja öljykivityökalujen sekä yksikiteisen piin/polykiteisen piin työstökoneiden valmistukseen.

Metalli on erittäin kovaa ja haurasta, mutta sillä on suuri lämpö- ja mekaaninen stabiilisuus. Metalli koostuu hiili- ja happiatomien ympäröimistä piiatomeista, ja sen koostumuksen ansiosta se kestää lämpöä ja mekaanista rasitusta ja sillä on vaikuttava sulamispiste.

Puhdas piikarbidi on väritöntä; teolliset laadut voivat olla väriltään ruskeasta mustaan, mikä johtuu raudan, alumiinin, typen tai vapaan hiilen sisältymistä. On olemassa seostamismenetelmiä, joilla saadaan aikaan erilaisia puolijohteita: esimerkiksi n-tyypin piikarbidia voidaan seostaa typellä tai fosforilla, kun taas p-tyypin versiot voidaan seostaa alumiini-, boori- tai gallium-lisäaineilla.

Luodinkestävä panssari

Piikarbidi on yksi maapallon kovimmista materiaaleista. Tämän vuoksi se sopii erinomaisesti poliisin ja sotilaiden käyttämiin luodinkestäviin liiveihin, ja sen lämpöominaisuuksien ansiosta se kestää kuumuutta.

Tällaiset keraamiset materiaalit ovat tunnetusti vahvoja. Lisäksi keramiikka johtaa erinomaisesti lämpöä ja sähköä, minkä vuoksi se sopii erinomaisesti elektronisiin sovelluksiin, kuten tehotransistoreihin. Korroosionkestävyys on toinen etu.

Puhtaalla piikarbidilla on monikerroksinen rakenne, ja sitä on erilaisia monityyppejä tai lajikkeita, jotka eroavat toisistaan pinoamisjärjestyksensä perusteella, mikä antaa kullekin tyypille ainutlaatuisen fysikaalisen ominaisuuden - esimerkiksi joissakin muodoissa on kovalenttisia sidoksia neljän hiiliatomin välillä, jotka ovat kovalenttisesti sidoksissa yhteen piiatomiin muodostaen monimutkaisen verkkorakenteen.

Moissaniittia valmistetaan synteettisesti, ja sitä esiintyy luonnossa vain harvoin, vaikka pieniä määriä voikin esiintyä moissaniittikoruina. Moissaniitilla on tärkeä rooli sähköajoneuvoissa, sillä sen kyky kestää korkeita lämpötiloja mahdollistaa ajoneuvojen energiatehokkuuden parantamisen ja vähentää aktiivisia jäähdytysjärjestelmiä, jotka lisäävät painoa, kustannuksia ja monimutkaisuutta.

Puolijohde

Piikarbidikeramiikka on monikäyttöistä nonoksidikeramiikkaa, jota käytetään sovelluksissa, joissa tarvitaan sekä mekaanista että termistä lujuutta, kuten kulutusta kestävissä osissa, lämmönkestävyyttä parantavissa tulenkestävissä materiaaleissa, lämpölaajenemista hillitsevissä tulenkestävissä materiaaleissa ja korkeissa lämpötiloissa tai korkeilla jännitteillä toimivissa puolijohde-elektroniikan laitteissa. Piikarbidin kovuus tekee siitä sopivaa näihin käyttötarkoituksiin, kun taas sen lämmönjohtavuus tekee siitä tehokkaan lämmönkestävän materiaalin. Sen laaja käyttöalue ulottuu laajemmalle kuin pelkästään mekaanisiin sovelluksiin; joitakin esimerkkejä ovat: hioma-aineet, kulutusta kestävät osat, lämmönkestävyyttä parantavat tulenkestävät aineet ja korkeissa lämpötiloissa tai jännitteissä toimivat puolijohde-elektroniikkalaitteet.

Kiteinen piikarbidi muodostaa tiiviin rakenteen, joka koostuu kovalenttisesti sitoutuneista atomeista, jotka muodostavat kaksi primaarista koordinaatiotetraedriä, jotka koostuvat neljästä pii- ja neljästä hiiliatomista, mikä antaa sille uskomattoman kovuuden ja lujuuden. Valitettavasti se ei liukene veteen tai alkoholiin, mutta kestää useimpia orgaanisia ja epäorgaanisia happoja/suoloja (poikkeuksena fluorivetyhappo ja happamat fluoridit).

Piikarbidipuolijohteilla on leveä kaistaväli, joka mahdollistaa paljon pienempien ja tehokkaampien laitteiden valmistamisen kuin vastaavien pii- (Si) puolijohteiden, mikä avaa mahdollisuuden niiden käyttöön sähköajoneuvojen tehoelektroniikassa sekä digitalisointiprosessien tukemiseen teollisuusprosesseissa.