Pulbere de carbură de siliciu

Pudra de carbură de siliciu este un material abraziv și refractar extrem de rezistent, utilizat în producția de dispozitive electronice care funcționează la temperaturi ridicate.

Procesul de producție presupune încălzirea nisipului de siliciu împreună cu surse de carbon, precum cocsul de petrol, într-un cuptor cu arc electric, pentru a obține atât carbură de siliciu neagră, cât și verde; carbură de siliciu neagră conține impurități de fier, ceea ce conferă finisajului său nuanțe mai închise.

Proprietăți

Carbură de siliciu (SiC) este un mineral industrial compus din siliciu și carbon, care a găsit aplicații pe scară largă în industria ca material abraziv – de la hârtie abrazivă și discuri de șlefuit, până la căptușeli pentru cuptoare industriale și plăci ceramice pentru veste antiglonț, precum și substraturi semiconductoare pentru diode emițătoare de lumină (LED-uri). SiC se găsește, de asemenea, în stare naturală sub formă de moissanit. SiC se găsește, de asemenea, în stare naturală sub formă de moissanit. SiC poate fi găsit, de asemenea, în stare naturală sub forma moissanitului. SiC are numeroase aplicații, inclusiv utilizarea ca căptușeli refractare pentru cuptoare industriale, precum și ca plăci ceramice folosite la vestele antiglonț și pentru diode emițătoare de lumină – acesta există chiar și în stare naturală sub forma mineralului moissanit.

Aluminiul prezintă o rezistență excelentă la abraziune, suportând temperaturi de până la 1400 °C fără a-și pierde în mod semnificativ rezistența. În plus, rezistența sa la coroziune se extinde la majoritatea acizilor anorganici, sărurilor și alcalilor obișnuiți; cu toate acestea, poate fi afectat de coroziune în anumite circumstanțe, cum ar fi atunci când intră în contact cu fluoruri acide sau acid fluorhidric.

SiC este un material izolator electric cu rezistență ridicată la tracțiune și greutate specifică redusă, care prezintă atât stabilitate chimică, cât și proprietăți izolante electrice, oferind o bună stabilitate chimică, precum și caracteristici nemagnetice. Se topește la 2080 °C. Structura compactă a SiC permite o coordonare tetraedrică între atomii de siliciu și carbon, asigurând un raport ridicat rezistență/greutate și proprietăți de conductivitate termică.

Pulberile de carbură de siliciu pot fi obținute cu diferite grade de puritate, structuri cristaline și dimensiuni ale particulelor. Acestea pot fi produse prin diverse procese – reducerea carbotermică prin procedeul Acheson sau conversia polimerică, precum și reacții chimice în fază gazoasă la temperaturi ridicate – existând diverse metode care conduc la obținerea lor. Odată preparate, aceste pulberi pot fi utilizate la fabricarea articolelor ceramice, cum ar fi elementele refractare pentru cuptoare industriale sau elementele de izolație electrică pentru dispozitive electronice, precum microprocesoarele.

Aplicații

Pudra de carbură de siliciu poate fi utilizată într-o gamă largă de aplicații. Fiind un material extrem de rezistent, cu o conductivitate termică și o rezistență chimică superioare, carbură de siliciu rezistă la temperaturi extreme, de la sticla topită până la 1.400 °C (2.552 °F). Carbură de siliciu se regăsește frecvent în compoziția materialelor refractare, cum ar fi ceramica, sticla și pereții cuptoarelor – iar chiar și discurile abrazive și hârtia abrazivă sunt fabricate folosind acest aditiv. În plus, carbură de siliciu servește ca material integral în semiconductori de înaltă temperatură și în aplicații electronice.

Carbonul se regăsește, de asemenea, în materiale compozite precum carbură de siliciu armată cu fibră de carbon (CFRC), care este utilizată frecvent în frânele automobilelor și în vestele antiglonț datorită rezistenței sale excelente la tracțiune și capacității de a rezista la impacturi la viteză mare.

Silicea sinterizată este adesea produsă prin sinterizare la înaltă presiune, la temperaturi care ajung până la 11.000 °C (1.815 °F). Produsul final prezintă o structură extrem de compactă, compusă din patru atomi de siliciu și patru atomi de carbon legați între ei într-o dispunere tetraedrică, are proprietăți nemagnetice și poate rezista la majoritatea substanțelor chimice, inclusiv hidrocarburi alifatice, alcali, acizi organici și săruri topite; cu toate acestea, nu poate rezista la agenți oxidanți puternici, precum acidul fluorhidric și fluorura de potasiu.

Pregătire

Carbură de siliciu este un material refractar extrem de dur, utilizat în diverse aplicații, printre care discuri abrazive, pietre de ascuțit, scule de tăiere, sablare, mașini de tăiat cu jet de apă și ceramică. În plus, acesta joacă un rol esențial în cuptoarele de temperatură înaltă utilizate pentru arderea sticlei și a ceramicii la temperaturi ridicate. Este disponibil în diverse dimensiuni ale particulelor pentru utilizări specifice, precum și în variantele negru sau alb – cele mai populare fiind prima (structură cristalină de tip wurtzită) și cea de-a doua (blendă de zinc).

Pulberea de a-SiC are o structură cristalină hexagonală și o duritate Mohs de 7. Datorită punctului său de topire ridicat și conductivității termice ridicate, aceasta poate rezista la condiții extreme și nu prezintă probleme de toxicitate sau caracteristici de insolubilitate în apă sau alcool. În plus, rezistența sa la acizi organici, alcali, săruri și fluoruri acide o face potrivită pentru numeroase utilizări în industrie și în aplicații inginerești.

Aplicațiile avansate necesită producerea unor monocristale mai mari de b-SiC prin metoda Lely, pentru ca acestea să poată fi apoi tăiate sub formă de pietre prețioase cunoscute sub denumirea de moissanit sintetic. SiC poate fi, de asemenea, combinat cu ajutorul rășinilor sau polimerilor pentru a forma fibre utilizate la armarea metalelor și a altor materiale.

Invenția se referă la un procedeu de fabricare a pulberilor de b-SiC prin amestecarea unei surse de Si, care conține Si și C, cu un exces de carbon, încălzirea compoziției, urmată de filtrare, spălare și uscare. Odată obținute, aceste pulberi de b-SiC pot fi ușor pulverizate prin procese ulterioare, precum filtrarea, spălarea și uscarea.

Depozitare

Carbură de siliciu este una dintre cele mai dure substanțe din lume, rivalizând cu diamantul și carbură de bor în ceea ce privește duritatea. Utilizată în aplicații care necesită proprietăți termice și mecanice, precum materialele rezistente la uzură, materialele refractare, ceramica, semiconductorii și abrazivele semiconductoare, precum și în aplicații care necesită rezistență la uzură; acoperiri rezistente la uzură; rezistență la șocuri termice; coeficienți de dilatare termică redusă și conductivitate electrică ridicată, carbură de siliciu oferă proprietăți excepționale de rezistență, durabilitate și conductivitate electrică, care o fac o alegere versatilă ca material.

Industria aerospațială se bazează în mare măsură pe componente din pulbere de SiC care rezistă la căldură și presiune extreme, inclusiv în sistemele de frânare utilizate la automobile pentru a îmbunătăți performanța și a reduce în același timp uzura rotorilor și a tamburilor. În același timp, industria semiconductorilor o utilizează în echipamentele de prelucrare a plăcilor de siliciu pentru a gestiona căldura mai eficient, precum și pentru plăcile ceramice ale vestelor antiglonț, care protejează soldații împotriva impacturilor la viteză mare.

Carbură de siliciu neagră este produsă într-un cuptor electric cu rezistență la temperaturi ridicate, folosind nisip de cuarț și cocs de petrol ca materii prime principale. Are o duritate medie situată între cea a aluminei topite și cea a diamantului sintetic și poate fi utilizată ca material abraziv la prelucrarea materialelor cu rezistență redusă la tracțiune, precum fonta, metalele neferoase, roca, pielea și cauciucul. În plus, carbură de siliciu neagră este adesea utilizată în producția de materiale refractare și aditivi metalurgici.