Použitie karbidu kremíka

Karbid kremíka (SiC) je mimoriadne tvrdý materiál s mnohými spôsobmi použitia. S karbidom SiC sa môžete stretnúť vo vysoko výkonných "keramických" brzdových kotúčoch pre automobily alebo dokonca v keramických doskách pre nepriestrelné vesty.

Moissanit sa vyskytuje v prírode ako vzácny minerál, ale od roku 1893 sa masovo vyrába ako prášok na použitie ako brusivo. Okrem toho sa používa ako základný komponent v polovodičovej elektronike, ktorá pracuje pri extrémnych teplotách a napätí.

Vysokoteplotné žiaruvzdorné materiály

Žiaromateriály z karbidu kremíka sú vysoko výkonné materiály s vynikajúcou pevnosťou, odolnosťou proti korózii a stabilitou pri tepelných šokoch. Karbidové žiaruvzdorné materiály, ktoré sú k dispozícii vo forme tehál alebo obloženia, sa používajú v aplikáciách, ako sú vysokoteplotné aplikácie, napríklad pri výrobe roztavených solí a kyslej trosky; ich osobitnou vlastnosťou je odolnosť voči zmäknutiu až do 15 000 C pri teplotách až do teploty topenia (surovinou na výrobu týchto žiaruvzdorných materiálov je čierny karbid kremíka [SiC]).

Karbid kremíka, bežne označovaný chemickým vzorcom SiC, je extrémne tvrdá synteticky vyrábaná kryštalická zlúčenina zložená z kremíka a uhlíka, ktorá sa v prírode vyskytuje ako vzácny minerál moissanit; jeho masová výroba sa však začala v roku 1893 na použitie ako brusivo a súčiastky odolné proti opotrebovaniu v priemysle a raketových motoroch; okrem toho slúži ako polovodičový substrát v diódach emitujúcich svetlo (LED).

Žiaromateriály z karbidu kremíka spojené s ílom sú ideálnou voľbou na použitie vo vysokoteplotných aplikáciách, pretože proces spájania zabezpečuje štrukturálnu integritu pri vysokých teplotách a zároveň odolnosť voči kyselinám a iným korozívnym materiálom. Okrem toho sa tieto relatívne lacné žiaruvzdorné materiály časom ukázali ako mimoriadne odolné; často sa testujú pomocou parných koróznych skúšok (fotografovanie, váženie a meranie skúšobných vzoriek pred ich vystavením pare na 500 hodín, aby sa zistilo, ako dobre fungujú pri takýchto extrémnych tlakoch a teplotách).

Časti odolné proti opotrebovaniu

Karbid kremíka možno použiť na celý rad aplikácií odolných proti opotrebovaniu. Vďaka svojej vynikajúcej pevnosti, tvrdosti, trvanlivosti, odolnosti voči chemickým vplyvom a teplotnej odolnosti je karbid kremíka vynikajúcim materiálom v boji proti opotrebovaniu ocele a metalurgických zliatin, takže je vhodný na náhradu kovových valčekov alebo dielov v oceľových valcovniach, pieskových čerpadlách, hydrocyklónoch, drvičoch alebo rúrkach vložiek valcov.

Ďalšou výhodou je bezelektrické pokovovanie, ktoré umožňuje konzistentnejšie nanášanie bez vzniku nekonzistencií typických pre tradičné procesy niklovania, vďaka čomu ostré rohy a priehlbiny zostávajú ostré bez nánosov hrán, zatiaľ čo priechodné otvory zostávajú nenarušené a nezmenené v takmer akejkoľvek geometrickej konfigurácii.

Karbid kremíka vyniká medzi materiálmi pre elektronické zariadenia svojou vynikajúcou teplotnou odolnosťou a jedinečnou atómovou štruktúrou, vďaka čomu ponúka výnimočné polovodičové vlastnosti, ktoré ho predurčujú na výrobu elektronických zariadení. Jeho odolnosť voči teplotným zmenám je až 10-krát vyššia ako v prípade kremíka, ktorý je základným materiálom pri výrobe polovodičov, ako aj odolnosť voči teplotným šokom a schopnosť odolávať veľmi vysokým tlakom. Karbid kremíka sa široko využíva ako dôležitá súčasť výkonových polovodičov pre vysokonapäťové generátory a palubné nabíjačky pre hybridné a elektrické nabíjacie systémy vozidiel, ako aj ako náhrada drahých, ale pre životné prostredie nebezpečných lítiových batérií.

Polovodičové zariadenia

Karbid kremíka v čistej forme pôsobí ako elektrický izolant, ale keď sa modifikuje prímesami alebo dopingovými látkami, jeho elektrická vodivosť sa zmení na polovodivosť, ktorá neumožňuje tok voľného prúdu, ale ani ho neodpudzuje. Vďaka týmto polovodivým vlastnostiam je karbid kremíka vhodný na vytváranie elektronických zariadení, ktoré zosilňujú, prepínajú alebo konvertujú signály v elektrických obvodoch.

Zariadenia na báze karbidu kremíka majú výhodu širokého pásma, ktoré im umožňuje pracovať pri vyšších teplotách a frekvenciách ako tradičné polovodiče, vďaka čomu sú vhodné pre priemyselné účely a poskytujú výrazné zvýšenie energetickej účinnosti v porovnaní s ich kremíkovými náprotivkami.

Napájacie zariadenia z karbidu kremíka sa široko využívajú v železničných tranzitných systémoch na zníženie energetických strát a zvýšenie účinnosti prenosu záťaže, pričom sa používajú aj v solárnych meničoch a zariadeniach na skladovanie energie na zvýšenie účinnosti a spoľahlivosti.

Dynamika trhu s karbidom kremíka sa neustále vyvíja, pretože nové aplikácie sú hnacím motorom jeho rozširovania a dopytu. Medzi aplikácie patrí priemysel výkonovej elektroniky, automobilový a letecký priemysel. Rast trhu s karbidom kremíka pre výkonovú elektroniku sa do roku 2021 predpokladá na úrovni viac ako 27% v dôsledku rastúceho dopytu po infraštruktúre elektrických vozidiel a 5G spolu s rýchlonabíjacími stanicami; v dôsledku toho musí dôjsť k rozšíreniu kapacít a investíciám do nových technológií, aby sa zabezpečili účinné výkonové zariadenia na ich podporu.

Chemické spracovanie

Karbid kremíka (SiC) je extrémne tvrdá, synteticky vyrábaná zlúčenina kremíka a uhlíka s tvrdosťou podľa Mohsa 9 a je takmer rovnako tvrdá ako diamant. SiC sa používa v rôznych aplikáciách, od abrazívnych procesov obrábania, ako je pieskovanie a brúsenie, až po súčiastky odolné proti opotrebovaniu pre priemyselné pece, súčiastky odolné proti opotrebovaniu pre substráty na výrobu svetelných diód a svetelných diód (LED).

Žiaruvzdorné materiály sa môžu používať aj v kompozitných materiáloch, napríklad v nepriestrelných vestách. Ich pevnosť a odolnosť im umožňuje odolávať nárazom striel s vysokou rýchlosťou, zatiaľ čo ich nízka rýchlosť prierezu neutrónov ich chráni pred poškodením radiáciou.

Na vytvorenie SiC sa môže použiť reakčné spájanie aj spekanie, pričom každé z nich vytvára vo finálnom materiáli inú mikroštruktúru. Reakčne viazaný SiC sa vyrába infiltráciou kompaktov zmesí SiC a uhlíka tekutým kremíkom, ktorý reaguje s uhlíkom a vytvára ďalšie častice SiC, ktoré potom spájajú pôvodné častice. Spekaný SiC sa môže vyrábať aj pomocou čistého SiC prášku zmiešaného s neoxidovými spekanými pomocnými látkami a zahrievaného pri zvýšených teplotách, kým nedôjde k stuhnutiu.

Spoločnosť American Elements ponúka široký výber prémiových tavených kremičitých a karbidových zŕn a práškov vhodných na použitie v žiaruvzdorných materiáloch, leteckom, automobilovom a chemicko-potravinárskom priemysle, ako aj v mnohých ďalších odvetviach. Naše moderné zariadenia na drvenie, mletie a klasifikáciu nám umožňujú vyrábať tieto zrná, ktoré presahujú normy ANSI, FEPA a JIS.