Prášok karbidu kremíka

Prášok karbidu kremíka je mimoriadne odolný abrazívny a žiaruvzdorný materiál, ktorý sa používa pri výrobe vysokoteplotných elektronických zariadení.

Výroba zahŕňa zahrievanie kremičitého piesku so zdrojmi uhlíka, ako je napríklad ropný koks, v elektrickej oblúkovej peci za vzniku čiernych a zelených karbidov kremíka; čierny kremeň obsahuje prímesi železa, čo spôsobuje tmavšie odtiene jeho povrchovej úpravy.

Vlastnosti

Karbid kremíka (SiC) je priemyselný minerál zložený z kremíka a uhlíka, ktorý našiel široké uplatnenie v priemysle ako abrazívum - od brúsneho papiera a brúsnych kotúčov až po výmurovky priemyselných pecí a keramické dosky nepriestrelných viest, ako aj polovodičové substráty pre svetelné diódy (LED). SiC sa vyskytuje aj v prírode ako minerál moissanit. SiC sa v prírode vyskytuje aj ako minerál moissanit. SiC sa v prírode vyskytuje aj ako moissanit. SiC má mnoho aplikácií vrátane použitia ako žiaruvzdorná výmurovka pre priemyselné pece, ako aj keramické dosky používané pri nepriestrelných vestách pre svetelné diódy - dokonca sa prirodzene vyskytuje ako minerál moissanit.

Hliník sa vyznačuje vynikajúcou odolnosťou proti oderu, odoláva teplotám až do 1400 stupňov C bez výrazného zníženia pevnosti. Okrem toho je odolný voči korózii väčšiny bežných anorganických kyselín, solí a zásad; za určitých okolností však môže korodovať, napríklad pri kontakte s kyslými fluoridmi alebo fluorovodíkovými kyselinami.

SiC je elektricky izolačný materiál s vysokou pevnosťou v ťahu a nízkou špecifickou hmotnosťou, ktorý je chemicky stabilný a má elektrické izolačné vlastnosti, ponúka dobrú chemickú stabilitu, ako aj nemagnetické vlastnosti. Taví sa pri teplote 2080 stupňov C. Tesne uložená štruktúra SiC umožňuje tetraedrickú koordináciu medzi atómami kremíka a uhlíka pre vysoký pomer pevnosti k hmotnosti a vlastnosti tepelnej vodivosti.

Prášky karbidu kremíka sa dajú vyrobiť na dosiahnutie rôznych úrovní čistoty, kryštálovej štruktúry a veľkosti častíc. Môžu sa vyrábať rôznymi procesmi - karbotermickou redukciou prostredníctvom Achesonovho procesu alebo konverziou polymérov, ako aj vysokoteplotnými chemickými reakciami v plynnej fáze - pričom k ich vytvoreniu vedú rôzne metódy. Po príprave sa tieto prášky môžu použiť pri výrobe keramických výrobkov, ako sú žiaruvzdorné tvary pre priemyselné pece alebo elektrické izolačné prvky pre elektronické zariadenia, ako sú mikroprocesory.

Aplikácie

Prášok karbidu kremíka sa dá využiť v mnohých aplikáciách. Karbid kremíka ako veľmi húževnatý materiál s vynikajúcou tepelnou vodivosťou a chemickou odolnosťou odoláva extrémnym teplotám od roztaveného skla až do 1 400 °C (2 552 °F). Karbid kremíka sa často vyskytuje ako súčasť žiaruvzdorných materiálov, ako je keramika, sklo a steny pecí - a dokonca aj brúsne kotúče a brúsny papier sa vyrábajú s použitím jeho prísady. Okrem toho karbid kremíka slúži ako neoddeliteľný materiál vo vysokoteplotných polovodičoch a elektronike.

Uhlík sa nachádza aj v kompozitných materiáloch, ako je karbid kremíka vystužený uhlíkovými vláknami (CFRC), ktorý sa bežne používa v automobilových brzdách a nepriestrelných vestách vďaka svojej vynikajúcej pevnosti v ťahu a schopnosti odolávať nárazom s vysokou rýchlosťou.

Spekaný oxid kremičitý sa často vyrába pomocou vysokotlakového spekania pri teplotách dosahujúcich až 11 000 °C. Konečný výrobok má extrémne hustú štruktúru zloženú zo štyroch atómov kremíka a štyroch atómov uhlíka viazaných v tetraedrickom usporiadaní, nemagnetické vlastnosti a odoláva väčšine chemikálií vrátane alifatických uhľovodíkov, zásad, organických kyselín a roztavených solí; nedokáže však odolávať silným oxidačným činidlám, ako je kyselina fluorovodíková a fluorid draselný.

Príprava

Karbid kremíka je extrémne tvrdý žiaruvzdorný materiál, ktorý sa používa v aplikáciách vrátane brúsnych kotúčov, brúsnych kameňov, rezných nástrojov, pieskovania, fréz na vodný lúč a keramiky. Okrem toho zohráva neoddeliteľnú úlohu vo vysokoteplotných peciach používaných na vypaľovanie skla a keramiky pri vysokých teplotách. Dostupný v rôznych veľkostiach častíc na špecifické použitie, ako aj v čiernej alebo bielej forme - najobľúbenejšia je prvá (kryštálová štruktúra wurtzitu) a druhá (zinkový blendu).

Prášok a-SiC má hexagonálnu kryštálovú štruktúru a Mohsovu tvrdosť 7. Vďaka vysokému bodu topenia a silnej tepelnej vodivosti odoláva extrémnym podmienkam a nemá problémy s toxicitou ani s nerozpustnosťou vo vode alebo v alkohole. Okrem toho je vďaka svojej odolnosti voči organickým kyselinám, zásadám, soliam a kyslým fluoridom vhodný na mnohé použitia v priemysle a technických aplikáciách.

Pokročilé aplikácie si vyžadujú výrobu väčších jednotlivých kryštálov b-SiC metódou Lely, aby sa z nich mohli následne vybrúsiť drahokamy známe ako syntetický moissanit. SiC možno tiež spájať pomocou živíc alebo polymérov do vlákien používaných na spevnenie kovov a iných materiálov.

Vynález sa týka postupu výroby b-SiC práškov zmiešaním zdroja Si obsahujúceho Si a C s prebytkom uhlíka, zahriatím kompozície a jej následným filtrovaním, premývaním a sušením. Po dokončení sa tieto b-SiC prášky môžu ľahko rozprašovať prostredníctvom následných procesov, ako je filtrácia pranie sušenie.

Úložisko

Karbid kremíka je jednou z najtvrdších látok na svete a svojou tvrdosťou konkuruje diamantu a karbidu bóru. Používa sa v aplikáciách, ktoré si vyžadujú tepelné a mechanické vlastnosti, ako sú materiály odolné voči opotrebovaniu, žiaruvzdorné materiály, keramika, polovodiče a polovodičové abrazíva a aplikácie odolné voči opotrebovaniu; povlaky odolné voči opotrebovaniu; odolnosť voči tepelným šokom; nízka miera tepelnej rozťažnosti a vysoká elektrická vodivosť, karbid kremíka ponúka výnimočnú pevnosť, trvanlivosť a vlastnosti elektrickej vodivosti, ktoré z neho robia univerzálnu voľbu materiálu.

Letecký a kozmický priemysel sa vo veľkej miere spolieha na práškové komponenty SiC, ktoré odolávajú extrémnemu teplu a tlaku, vrátane brzdových systémov používaných v automobiloch na zlepšenie výkonu pri súčasnom znížení opotrebovania rotorov a bubnov. V polovodičovom priemysle sa používa v zariadeniach na spracovanie doštičiek na efektívnejšie riadenie tepla, ako aj v keramických doskách nepriestrelných viest, ktoré chránia vojakov pred nárazmi s vysokou rýchlosťou.

Čierny karbid kremíka sa vyrába v elektrickej odporovej peci pri vysokých teplotách s použitím kremenného piesku a ropného koksu ako primárnych surovín. Má priemernú tvrdosť medzi taveným oxidom hlinitým a syntetickým diamantom a môže sa používať ako abrazívny materiál pri spracovaní materiálov s nízkou pevnosťou v ťahu, ako je liatina, farebné kovy, horniny, koža a guma. Okrem toho sa čierny karbid kremíka často využíva pri výrobe žiaruvzdorných materiálov a metalurgických prísad.