Proszek węglika krzemu

Proszek węglika krzemu jest niezwykle trwałym materiałem ściernym i ogniotrwałym stosowanym w produkcji urządzeń elektronicznych w wysokich temperaturach.

Produkcja obejmuje podgrzewanie piasku krzemionkowego ze źródłami węgla, takimi jak koks naftowy, w elektrycznym piecu łukowym w celu utworzenia zarówno czarnych, jak i zielonych węglików krzemu; czarny krzem zawiera zanieczyszczenia żelazem, co powoduje ciemniejsze odcienie wykończenia.

Właściwości

Węglik krzemu (SiC) to minerał przemysłowy składający się z krzemu i węgla, który znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle jako materiał ścierny - od papieru ściernego i ściernic, po wykładziny pieców przemysłowych i kuloodporne kamizelki ceramiczne, a także podłoża półprzewodnikowe do diod elektroluminescencyjnych (LED). SiC występuje również naturalnie jako minerał moissanit. SiC występuje również naturalnie jako minerał moissanitu. SiC występuje również naturalnie jako moissanit. SiC ma wiele zastosowań, w tym jako wykładziny ogniotrwałe w piecach przemysłowych, a także jako płytki ceramiczne używane w kamizelkach kuloodpornych do diod elektroluminescencyjnych - występuje nawet naturalnie jako minerał moissanitu.

Aluminium charakteryzuje się doskonałą odpornością na ścieranie, wytrzymując temperatury do 1400 stopni Celsjusza bez znacznego pogorszenia wytrzymałości. Co więcej, jego odporność na korozję rozciąga się na większość popularnych kwasów nieorganicznych, soli i zasad; może jednak korodować w pewnych okolicznościach, takich jak kontakt z kwaśnymi fluorkami lub kwasami fluorowodorowymi.

SiC to materiał elektroizolacyjny o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i niskim ciężarze właściwym, który jest zarówno stabilny chemicznie, jak i ma właściwości elektroizolacyjne, oferując dobrą stabilność chemiczną, a także właściwości niemagnetyczne. Topi się w temperaturze 2080 stopni Celsjusza. Blisko upakowana struktura SiC umożliwia tetraedryczną koordynację między atomami krzemu i węgla, co zapewnia wysoki stosunek wytrzymałości do masy i właściwości przewodnictwa cieplnego.

Proszki węglika krzemu mogą być wytwarzane w celu osiągnięcia różnych poziomów czystości, struktur krystalicznych i rozmiarów cząstek. Mogą być wytwarzane przy użyciu różnych procesów - redukcji karbotermicznej w procesie Achesona lub konwersji polimerów, a także wysokotemperaturowych reakcji chemicznych w fazie gazowej - z różnymi metodami prowadzącymi do ich powstania. Po przygotowaniu, proszki te mogą być wykorzystywane w produkcji wyrobów ceramicznych, takich jak ogniotrwałe kształty do pieców przemysłowych lub elementy izolacji elektrycznej do urządzeń elektronicznych, takich jak mikroprocesory.

Zastosowania

Sproszkowany węglik krzemu może być wykorzystywany w wielu zastosowaniach. Jako bardzo wytrzymały materiał o doskonałej przewodności cieplnej i odporności chemicznej, węglik krzemu wytrzymuje ekstremalne temperatury, od stopionego szkła do 1400 stopni Celsjusza (2552 stopnie F). Węglik krzemu jest często spotykany jako część materiałów ogniotrwałych, takich jak ceramika, szkło i ściany pieców - a nawet ściernice i papier ścierny są wytwarzane przy użyciu tego dodatku. Ponadto węglik krzemu służy jako integralny materiał w półprzewodnikach wysokotemperaturowych i zastosowaniach elektronicznych.

Węgiel można również znaleźć w materiałach kompozytowych, takich jak węglik krzemu wzmocniony włóknem węglowym (CFRC), który jest powszechnie stosowany w hamulcach samochodowych i kamizelkach kuloodpornych ze względu na doskonałą wytrzymałość na rozciąganie i odporność na uderzenia z dużą prędkością.

Spiekana krzemionka jest często wytwarzana przy użyciu spiekania wysokociśnieniowego w temperaturach sięgających 11 000 stopni C (1815 stopni F). Produkt końcowy charakteryzuje się niezwykle ciasno upakowaną strukturą złożoną z czterech atomów krzemu i czterech atomów węgla połączonych ze sobą w układzie tetraedrycznym, właściwościami niemagnetycznymi i jest odporny na większość chemikaliów, w tym węglowodory alifatyczne, zasady, kwasy organiczne i stopione sole; nie jest jednak odporny na silne środki utleniające, takie jak kwas fluorowodorowy i fluorek potasu.

Przygotowanie

Węglik krzemu jest niezwykle twardym materiałem ogniotrwałym wykorzystywanym w takich zastosowaniach jak ściernice, osełki, narzędzia tnące, piaskowanie, cięcie strumieniem wody i ceramika. Ponadto odgrywa on integralną rolę w piecach wysokotemperaturowych używanych do wypalania szkła i ceramiki w wysokich temperaturach. Dostępny w różnych rozmiarach cząstek do konkretnych zastosowań, a także w postaci czarnej lub białej - najpopularniejsza jest ta pierwsza (struktura krystaliczna Wurtzite) i druga (Zinc Blende).

Proszek a-SiC ma heksagonalną strukturę krystaliczną i twardość 7 w skali Mohsa. Może wytrzymać ekstremalne warunki dzięki wysokiej temperaturze topnienia i silnemu przewodnictwu cieplnemu, a także nie ma właściwości toksycznych ani nierozpuszczalnych w wodzie lub alkoholu. Co więcej, jego odporność na kwasy organiczne, zasady, sole i kwaśne fluorki sprawia, że nadaje się do wielu zastosowań w przemyśle i inżynierii.

Zaawansowane zastosowania wymagają produkcji większych pojedynczych kryształów b-SiC przy użyciu metody Lely, dzięki czemu można je następnie pociąć na klejnoty znane jako syntetyczny moissanit. SiC może być również łączony za pomocą żywic lub polimerów we włókna stosowane do wzmacniania metali i innych materiałów.

Wynalazek dotyczy procesu wytwarzania proszków b-SiC poprzez mieszanie źródła Si zawierającego Si i C z nadmiarem węgla, ogrzewanie kompozycji, a następnie filtrowanie, mycie i suszenie. Po zakończeniu, te proszki b-SiC mogą być łatwo sproszkowane w kolejnych procesach, takich jak filtracja, mycie, suszenie.

Przechowywanie

Węglik krzemu jest jedną z najtwardszych substancji na świecie, rywalizującą pod względem twardości z diamentem i węglikiem boru. Wykorzystywany w zastosowaniach wymagających właściwości termicznych i mechanicznych, takich jak materiały odporne na zużycie, materiały ogniotrwałe, ceramika, półprzewodniki i półprzewodnikowe materiały ścierne oraz zastosowania odporne na zużycie; powłoki odporne na zużycie; odporność na szok termiczny; niskie współczynniki rozszerzalności cieplnej i wysoka przewodność elektryczna, węglik krzemu oferuje wyjątkową wytrzymałość, trwałość i przewodność elektryczną, co czyni go wszechstronnym materiałem.

Przemysł lotniczy w dużej mierze polega na komponentach proszkowych SiC, które są odporne na ekstremalne ciepło i ciśnienie, w tym na układach hamulcowych stosowanych w samochodach w celu poprawy wydajności przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia wirników i bębnów. Tymczasem przemysł półprzewodników wykorzystuje go w urządzeniach do przetwarzania wafli, aby skuteczniej zarządzać ciepłem, a także w ceramicznych płytach kamizelek kuloodpornych, które chronią żołnierzy przed uderzeniami o dużej prędkości.

Czarny węglik krzemu jest wytwarzany w elektrycznym piecu oporowym w wysokich temperaturach przy użyciu piasku kwarcowego i koksu naftowego jako podstawowych surowców. Ma średnią twardość pomiędzy stopionym tlenkiem glinu a syntetycznym diamentem i może być stosowany jako materiał ścierny podczas obróbki materiałów o niskiej wytrzymałości na rozciąganie, takich jak żeliwo, metale nieżelazne, skały, skóra i guma. Ponadto czarny węglik krzemu jest często wykorzystywany do produkcji materiałów ogniotrwałych i dodatków metalurgicznych.