Kiselkarbidpulver

Kiselkarbidpulver är ett extremt slitstarkt slipmedel och eldfast material som används vid tillverkning av elektroniska enheter i höga temperaturer.

Vid tillverkningen upphettas kiselsand med kolkällor som petroleumkoks i en elektrisk ljusbågsugn för att bilda både svarta och gröna kiselkarbider; svart kisel innehåller järnföroreningar, vilket ger mörkare nyanser i ytbehandlingen.

Fastigheter

Kiselkarbid (SiC) är ett industrimineral som består av kisel och kol och som har fått stor spridning inom industrin som slipmedel - från sandpapper och slipskivor till industriella ugnsinfodringar och keramiska plattor för skottsäkra västar samt halvledarsubstrat för lysdioder (LED). SiC förekommer också naturligt som mineralet moissanit. SiC finns också naturligt som moissanitmineral. SiC finns också naturligt som moissanit. SiC har många användningsområden, bland annat som eldfast foder i industriugnar och som keramiska plattor som används i skottsäkra västar för lysdioder - det finns även naturligt som moissanitmineral.

Aluminium har utmärkt nötningsbeständighet och tål temperaturer upp till 1400 grader Celsius utan att styrkan försämras nämnvärt. Dessutom är det korrosionsbeständigt mot de flesta vanliga oorganiska syror, salter och alkalier; det kan dock korrodera under vissa omständigheter, t.ex. vid kontakt med sura fluorider eller fluorvätesyror.

SiC är ett elektriskt isolerande material med hög draghållfasthet och låg specifik vikt som är både kemiskt stabilt och elektriskt isolerande, har god kemisk stabilitet samt icke-magnetiska egenskaper. Det smälter vid 2080 degC. SiC:s tätt packade struktur möjliggör tetraedrisk samordning mellan kisel- och kolatomer för hög hållfasthet i förhållande till vikt och värmeledningsförmåga.

Pulver av kiselkarbid kan tillverkas för att uppnå olika renhetsgrader, kristallstrukturer och partikelstorlekar. De kan framställas med hjälp av olika processer - karbotermisk reduktion genom Achesons process eller polymeromvandling samt kemiska reaktioner i gasfas vid hög temperatur - med olika metoder som leder till att de skapas. När pulvren är färdigberedda kan de användas för tillverkning av keramiska produkter, t.ex. eldfasta former för industriugnar eller elektriska isoleringselement för elektroniska enheter som mikroprocessorer.

Tillämpningar

Kiselkarbidpulver kan användas i många olika applikationer. Kiselkarbid är ett mycket segt material med överlägsen värmeledningsförmåga och kemisk beständighet och klarar extrema temperaturer från smält glas upp till 1.400degC (2.552degF). Kiselkarbid förekommer ofta som en del av eldfasta material som keramik, glas och ugnsväggar - och även slipskivor och sandpapper tillverkas med hjälp av dess tillsats. Dessutom fungerar kiselkarbid som ett integrerat material i högtemperaturhalvledare och elektronikapplikationer.

Kol finns också i kompositmaterial som kolfiberförstärkt kiselkarbid (CFRC), som ofta används i bilbromsar och skottsäkra västar på grund av sin utmärkta draghållfasthet och förmåga att motstå stötar med hög hastighet.

Sintrad kiseldioxid framställs ofta genom högtryckssintring vid temperaturer upp till 11 000degC (1 815degF). Slutprodukten har en extremt tätt packad struktur bestående av fyra kisel- och fyra kolatomer bundna till varandra i ett tetraedriskt arrangemang, icke-magnetiska egenskaper och kan motstå de flesta kemikalier, inklusive alifatiska kolväten, alkalier, organiska syror och smälta salter; den kan dock inte motstå starka oxidationsmedel som fluorvätesyra och kaliumfluorid.

Förberedelser

Kiselkarbid är ett extremt hårt eldfast material som används i applikationer som slipskivor, brytstenar, skärverktyg, sandblästring, vattenskärare och keramik. Dessutom spelar det en viktig roll i högtemperaturugnar som används för att bränna glas och keramik vid höga temperaturer. Finns i olika partikelstorlekar för specifika användningsområden samt i svart eller vit form - mest populärt den förstnämnda (Wurtzite kristallstruktur) och den sistnämnda (Zink Blende)

Ett pulver av a-SiC har en hexagonal kristallstruktur och Mohs hårdhetsgrad 7. Det kan motstå extrema förhållanden med sin höga smältpunkt och starka värmeledningsförmåga, och har inga toxicitetsproblem eller olösliga egenskaper i vatten eller alkohol. Dessutom gör dess motståndskraft mot organiska syror, alkalier, salter och syrafluorider det lämpligt för många användningsområden inom industri och tekniska tillämpningar.

För avancerade tillämpningar krävs att större singelkristaller av b-SiC produceras med Lely-metoden, så att dessa sedan kan slipas till ädelstenar som kallas syntetisk moissanit. SiC kan också bindas samman med hjälp av hartser eller polymerer till fibrer som används för att förstärka metaller och andra material.

Uppfinningen avser en process för tillverkning av b-SiC-pulver genom att blanda en Si-källa bestående av Si och C med ett överskott av kol, upphetta kompositionen och sedan filtrera, tvätta och torka den. När de är färdiga kan dessa b-SiC-pulver lätt pulveriseras genom efterföljande processer såsom filtrering, tvättning och torkning.

Förvaring

Kiselkarbid är ett av världens hårdaste ämnen och konkurrerar med diamant och borkarbid när det gäller hårdhet. Kiselkarbid används i tillämpningar som kräver termiska och mekaniska egenskaper, t.ex. slitstarka material, eldfasta material, keramik, halvledare, slipmedel och slitstarka tillämpningar för halvledare, slitstarka beläggningar, motståndskraft mot termisk chock, låg värmeutvidgning och hög elektrisk ledningsförmåga. Kiselkarbid erbjuder exceptionell styrka, hållbarhet och elektrisk ledningsförmåga som gör det till ett mångsidigt materialval.

Flyg- och rymdindustrin är starkt beroende av SiC-pulverkomponenter som tål extrem värme och tryck, inklusive bromssystem som används i bilar för att förbättra prestandan och samtidigt minska slitaget på rotorer och trummor. Halvledarindustrin använder det i utrustning för bearbetning av wafers för att hantera värme mer effektivt, liksom i keramiska plattor till skottsäkra västar som skyddar soldater från höghastighetsstötar.

Svart kiselkarbid tillverkas i en elektrisk motståndsugn vid höga temperaturer med kvartssand och petroleumkoks som primära råmaterial. Den har en genomsnittlig hårdhet mellan smält aluminiumoxid och syntetisk diamant och kan användas som slipmaterial vid bearbetning av material med låg draghållfasthet som gjutjärn, icke-järnmetaller, sten, läder och gummi. Dessutom används svart kiselkarbid ofta vid tillverkning av eldfasta material och metallurgiska tillsatser.