Silisiumkarbidpulver

Silisiumkarbidpulver er et ekstremt slitesterkt slipemiddel og ildfast materiale som brukes i produksjon av elektroniske enheter med høy temperatur.

Produksjonen foregår ved at silikatsand varmes opp med karbonkilder som petroleumskoks i en elektrisk lysbueovn for å danne både svarte og grønne silisiumkarbider; svart silico har jernforurensninger, noe som gir mørkere fargetoner i overflaten.

Egenskaper

Silisiumkarbid (SiC) er et industrimineral som består av silisium og karbon, og som har funnet bred anvendelse som slipemiddel i industrien - fra sandpapir og slipeskiver, til foringer i industriovner og skuddsikre keramiske vestplater, samt halvledersubstrater til lysdioder (LED). SiC forekommer også naturlig som mineralet moissanitt. SiC finnes også naturlig som moissanittmineral. SiC finnes også naturlig som moissanitt. SiC har mange bruksområder, blant annet som ildfast foring i industriovner og som keramiske plater som brukes i skuddsikre vester til lysdioder - det finnes til og med naturlig som moissanittmineral.

Aluminium har utmerket slitestyrke, og tåler temperaturer opp til 1400 °C uten at styrken forringes nevneverdig. Videre er det korrosjonsbestandig mot de fleste vanlige uorganiske syrer, salter og baser, men kan korrodere under visse omstendigheter, for eksempel når det kommer i kontakt med syrefluorider eller flussyrer.

SiC er et elektrisk isolerende materiale med høy strekkfasthet og lav egenvekt som er både kjemisk stabilt og elektrisk isolerende, og som har god kjemisk stabilitet samt ikke-magnetiske egenskaper. Det smelter ved 2080 grader Celsius. SiCs tettpakkede struktur muliggjør tetraedrisk koordinering mellom silisium- og karbonatomer, noe som gir et høyt styrke/vekt-forhold og god varmeledningsevne.

Pulver av silisiumkarbid kan fremstilles med ulike renhetsgrader, krystallstrukturer og partikkelstørrelser. De kan fremstilles ved hjelp av ulike prosesser - karbotermisk reduksjon gjennom Achesons prosess eller polymerkonvertering samt kjemiske reaksjoner i gassfase ved høy temperatur - med ulike metoder for å fremstille dem. Når pulveret er ferdig fremstilt, kan det brukes til å produsere keramiske artikler, for eksempel ildfaste former til industriovner eller elektriske isolasjonselementer til elektroniske enheter som mikroprosessorer.

Bruksområder

Silisiumkarbidpulver kan brukes i en rekke bruksområder. Silisiumkarbid er et svært seigt materiale med overlegen varmeledningsevne og kjemisk resistens, og det tåler ekstreme temperaturer fra smeltet glass opp til 1400 °C (2552 °F). Silisiumkarbid inngår ofte i ildfaste materialer som keramikk, glass og ovnsvegger - og til og med slipeskiver og sandpapir produseres ved hjelp av tilsetningsstoffet. I tillegg er silisiumkarbid et viktig materiale i høytemperatur halvledere og elektronikk.

Karbon finnes også i komposittmaterialer som karbonfiberarmert silisiumkarbid (CFRC), som ofte brukes i bilbremser og skuddsikre vester på grunn av sin utmerkede strekkfasthet og evne til å motstå slag med høy hastighet.

Sintret silisiumdioksyd produseres ofte ved hjelp av høytrykkssintring ved temperaturer på opptil 11 000 °C (1 815 °F). Sluttproduktet har en ekstremt tettpakket struktur bestående av fire silisium- og fire karbonatomer bundet sammen i et tetraedrisk arrangement, ikke-magnetiske egenskaper og kan motstå de fleste kjemikalier, inkludert alifatiske hydrokarboner, alkalier, organiske syrer og smeltede salter; det tåler imidlertid ikke sterke oksidasjonsmidler som flussyre og kaliumfluorid.

Forberedelse

Silisiumkarbid er et ekstremt hardt, ildfast materiale som blant annet brukes i slipeskiver, brynesteiner, skjæreverktøy, sandblåsing, vannstråleskjærere og keramikk. I tillegg spiller det en viktig rolle i høytemperaturovner som brukes til å brenne glass og keramikk ved høye temperaturer. Finnes i ulike partikkelstørrelser for spesifikke bruksområder samt i svart eller hvit form - mest populært er førstnevnte (Wurtzite-krystallstruktur) og sistnevnte (sinkblende).

Et pulver av a-SiC har en sekskantet krystallstruktur og en Mohs-hardhetsgrad på 7. Det tåler ekstreme forhold med sitt høye smeltepunkt og sterke varmeledningsevne, og har ingen toksisitetsproblemer eller uløselige egenskaper i vann eller alkohol. Dessuten er det motstandsdyktig mot organiske syrer, baser, salter og syrefluorider, noe som gjør det egnet for mange bruksområder innen industri og tekniske anvendelser.

Avanserte bruksområder krever at større enkeltkrystaller av b-SiC produseres ved hjelp av Lely-metoden, slik at disse deretter kan slipes til edelstener, kjent som syntetisk moissanitt. SiC kan også bindes sammen ved hjelp av harpiks eller polymerer til fibre som brukes til å forsterke metaller og andre materialer.

Oppfinnelsen gjelder en prosess for fremstilling av b-SiC-pulver ved å blande en Si-kilde bestående av Si og C med et overskudd av karbon, varme opp blandingen, og deretter filtrere, vaske og tørke den. Når prosessen er fullført, kan disse b-SiC-pulverene lett pulveriseres gjennom etterfølgende prosesser som filtrering, vasking og tørking.

Lagring

Silisiumkarbid er et av verdens hardeste stoffer, og konkurrerer med diamant og borkarbid når det gjelder hardhet. Silisiumkarbid brukes i bruksområder som krever termiske og mekaniske egenskaper, for eksempel slitesterke materialer, ildfaste materialer, keramikk, halvledere og halvlederslipemidler og slitesterke bruksområder, slitesterke belegg, motstand mot termisk sjokk, lave termiske ekspansjonshastigheter og høy elektrisk ledningsevne. Silisiumkarbid har eksepsjonell styrke, holdbarhet og elektrisk ledningsevne, noe som gjør det til et allsidig materialvalg.

Luft- og romfartsindustrien er svært avhengig av SiC-pulverkomponenter som tåler ekstrem varme og trykk, inkludert bremsesystemer som brukes i biler for å forbedre ytelsen og samtidig redusere slitasjen på rotorer og tromler. Halvlederindustrien bruker det i wafer-prosesseringsutstyr for å håndtere varmen mer effektivt, og i keramiske plater til skuddsikre vester som beskytter soldater mot støt med høy hastighet.

Svart silisiumkarbid fremstilles i en elektrisk motstandsovn ved høye temperaturer med kvartssand og petroleumskoks som primære råmaterialer. Det har en gjennomsnittlig hardhet som ligger mellom smeltet aluminiumoksid og syntetisk diamant, og kan brukes som slipemateriale ved bearbeiding av materialer med lav strekkfasthet, som støpejern, ikke-jernholdige metaller, stein, lær og gummi. Svart silisiumkarbid brukes dessuten ofte til å produsere ildfaste materialer og metallurgiske tilsetningsstoffer.