szilícium-karbid kerámia

A szerkezeti kerámiák, más néven műszaki kerámiák a fejlett kerámiák egy olyan osztálya, amely elsősorban az anyagok mechanikai, termikus, kémiai és egyéb hatásait fejti ki. A szerkezeti kerámiák tulajdonságai a magas hőmérsékleti ellenállás, a kopásállóság, a korrózióállóság, az oxidációval szembeni ellenállás és a magas hőmérsékleten való alacsony kúszás. Ellenállnak a kemény munkakörnyezetnek, amelyre a fémanyagok és a polimer anyagok nem alkalmasak. Széles körben használják őket a repülésben, a gépiparban, az autóiparban, a kohászatban, a vegyiparban, az elektronikában és más területeken, és a kerámiaanyagok nagyon gyorsan fejlődő osztályává váltak.A szerkezeti kerámiák közé elsősorban az oxidkerámiák, a nitridkerámiák és a karbidkerámiák tartoznak. A szilícium-karbid kerámiát elsősorban az alábbiakban mutatjuk be. A szilícium-karbid, közismert nevén karborundum, más néven karborundum, egy tipikus kovalens kötésű vegyület, amely szinte nem létezik a természetben. 1890-ben, amikor Eword és G. Acheson gyémántot akartak szintetizálni úgy, hogy katalizátorként szilíciumot adtak a szénhez, szilíciumkarbidot állítottak elő. Ma is tanulmányozzák és fejlesztik.

A szilícium-karbidot kezdetben szuperkemény teljesítménye miatt használták, amelyet különböző csiszolókorongokká, csiszolószövetekké, csiszolópapírrá és különböző csiszolóanyagokká lehet előállítani, és széles körben használják a mechanikai feldolgozóiparban. A második világháborúban a szilícium-karbid kerámiáról kiderült, hogy redukálószerként és fűtőelemként is használható az acélgyártásban, ami elősegítette gyors fejlődését. A további kutatások során kiderült, hogy számos kiváló tulajdonsággal rendelkezik, például magas hőmérsékleti stabilitással, nagy hővezető képességgel, sav- és lúgkorrózióállósággal, alacsony tágulási együtthatóval és jó hősokkállósággal.

A szilíciumkarbidnak főként két kristályformája van: a köbös β- SIC4 és a hexagonális α- SIC。 A szilíciumkarbid rácsának alapvető szerkezeti egységei az egymást átható SIC4 és CSI4 tetraéderek. A tetraéderek egyazon élen osztoznak, így egy síkbeli réteget alkotnak, és a csúcsok a következő tetraéderréteggel kapcsolódva háromdimenziós mechanizmust alkotnak. Mivel a különböző tetraéderek egymásra rakási sorrendjei különböző struktúrákat alkothatnak, eddig több száz változatot találtak. Általában tömör és intuitív szimbólumokat, nevezetesen a C, H, R betűket használják a rácstípus ábrázolására, és az egységcellában található rétegek számát használják a különbség bemutatására. Bár ezeknek a polimorfoknak a rácsállandói eltérőek, a bennük lévő anyagokban nincs nyilvánvaló változás. a szilícium-karbid kerámia tipikus valencia vegyület, de vannak ionos típusok is. Az elméleti számítások szerint az SI-C kötés teljes energiájából 78% kovalens állapotba, 22% pedig ionos állapotba tartozik. Az S és C atomok kis mérete, a kötéshossz és az erős kovalencia miatt a szilícium-karbid kerámia egy sor jellemzővel rendelkezik, mint például nagy keménység, bizonyos mechanikai szilárdság és nehéz szinterezés.

A szilíciumkarbid tipikus kovalens kötéssel kötött stabil vegyület. Ezenkívül diffúziós együtthatója alacsony, ami megnehezíti a hagyományos szinterelési módszerekkel történő sűrítését. A sűrű szilícium-karbid kerámiák előállításához néhány szinterelési segédanyagot kell hozzáadni a felületi energia vagy a felület növelése érdekében, és speciális eljárásokat kell alkalmazni. A szinterelési eljárás szerint a szilícium-karbidot átkristályosított szilícium-karbid kerámiákra, reakcióval szinterezett szilícium-karbid kerámiákra, nyomás nélküli szinterezett szilícium-karbid kerámiákra, forrón sajtolt szinterezett szilícium-karbid kerámiákra, magas hőmérsékleten forrón izosztatikusan sajtolt szinterezett szilícium-karbid kerámiákra és kémiai gőzfázisú szilícium-karbidra lehet osztani. A különböző eljárásokkal előállított szilícium-karbid tulajdonságai meglehetősen eltérőek, azaz az azonos eljárással előállított SIC a különböző nyersanyagok és adalékanyagok miatt rossz teljesítményt mutat.