استخدامات كربيد السيليكون

كربيد السيليكون هو مادة سيراميك غير أكسيد متميزة غير أكسيدية ذات خصائص استثنائية. تُعد مادة كربيد السيليكون الصلبة بشكل خاص مادة مثالية لصنع مكونات أو مواد كاشطة مقاومة للتآكل.

كما أنه يوفر مقاومة ممتازة للتآكل ويمكنه العمل بأمان لفترات طويلة في البيئات الحمضية والقلوية والمؤكسدة. وعلاوة على ذلك، فإن أداءه في درجات الحرارة العالية يجعله مناسبًا للاستخدام في أفران المعادن المنصهرة وغيرها من معدات التسخين.

فرن الأكسجين الأساسي

يشتهر كربيد السيليكون بمقاومته العالية للتآكل، كما أنه يتميز بصلابة موس 9، كما أنه يتميز بمقاومة فائقة للتآكل، مما يجعله خيارًا ممتازًا للتطبيقات التي تعمل في ظل ظروف بيئية قاسية. علاوة على ذلك، يعمل كربيد السيليكون أيضًا كعازل كهربائي.

ويمثل فرن الأكسجين الأساسي، الذي يشار إليه أيضًا باسم عملية صناعة الصلب لينز-دونافيتز أو صناعة الصلب المحول بالأكسجين، 671 تيرابايت 3 تيرابايت من الإنتاج العالمي للصلب الخام. وتستخدم هذه التقنية نفخ الأكسجين في الحديد الخام المنصهر في وعاء مبطن بالحراريات من أجل أكسدته وصنع الصلب الخام.

تستخدم مصانع الصلب الحديثة عادةً عملية أفران الأكسجين الأساسية، حيث يتم خلط الحديد المنصهر مع الأكسجين النقي لصنع الصلب بسرعة وكفاءة. ويقوم رمح متعدد الفوهات بنفخ هذا الأكسجين النقي فوق غرفة المحول في المحول ويتحول إلى حرارة طاردة للحرارة، مما يؤدي إلى إذابة رواسب الكربون مع تشكيل الصلب المناسب للاستخدامات المختلفة في نفس الوقت.

مصنع الصلب

مصانع الصلب عبارة عن منشآت متكاملة كبيرة تتكلف عادةً ما بين 1 إلى 1 مليار تيرابايت إلى 1 مليار تيرابايت إلى 4 مليارات تيرابايت لبناء وتشغيلها، وتنتج مختلف المنتجات النهائية مثل الألواح والأنابيب الثقيلة وكذلك القضبان والقضبان الحديدية بطاقة إنتاجية سنوية تتجاوز 2,000,000 طن سنويًا.

وتتكون المصانع المتكاملة عادةً من أفران فحم الكوك ومصنع كيميائيات الفحم، ومصنع التلبيد، والفرن العالي، وورشة صهر الصلب، ومصانع الدرفلة. يحول الفرن العالي خام الحديد إلى فولاذ سائل يمكن بعد ذلك صبه في أشكال مختلفة.

تتضمن جدولة عملية التصنيع في مصنع الصلب فهم جميع إجراءاتها. إذا لم تتمكن الإجراءات الأولية من التعاون بفعالية مع الإجراءات النهائية، فقد تصبح المعدات والموارد البشرية مهدرة؛ وقد توفر قدرات التحسين الحقيقية التي تتجاوز حدود النظام التقليدية الحل لهذا التحدي. وقد انخفضت كثافة الطاقة بشكل كبير في هذه الصناعة على مدى السنوات الخمس عشرة الماضية.

الصناعة الكيميائية

كربيد السيليكون هو أحد أقسى المواد المعروفة، حيث يتميز بمقياس صلابة موس يضاهي الماس. وعلى هذا النحو، فإن له العديد من الاستخدامات في تطبيقات الآلات الكاشطة نظرًا لمقاومته الممتازة ضد التآكل. وعلاوة على ذلك، يتميز كربيد السيليكون بخصائص مقاومة رائعة للتآكل حيث يحافظ على قوته حتى درجات حرارة تصل إلى 2700 درجة مئوية.

وغالبًا ما تعرض بيئات المعالجة الكيميائية المعادن للأحماض والقلويات والعوامل الضارة الأخرى؛ بالإضافة إلى أنها تتمتع بموصلية حرارية ممتازة ومعامل منخفض لمعدلات التمدد لمزيد من الموثوقية.

يمكن تخدير الكاربوروندوم إما بالفوسفور أو النيتروجين لإنتاج أشباه موصلات من النوع n، والبريليوم والبورون والألومنيوم والغاليوم للتخدير من النوع p. وبفضل فجوة النطاق الواسعة التي تتيح نقل الطاقة الكهربائية بكفاءة أكبر من أشباه الموصلات التقليدية مثل أشباه الموصلات السيليكونية أو أشباه موصلات الجرمانيوم - مما يجعلها مناسبة لإلكترونيات الطاقة مثل محولات التيار المستمر/التناوب المستمر لأنظمة شحن السيارات الكهربائية؛ وتصنيع مصابيح LED وكذلك تطبيقات قطع/صقل الأحجار الكريمة. ويمكن استخدام الكاربوروندوم نفسه في بعض الأحيان كأحجار كريمة!

صناعة السيارات

يلعب كربيد السيليكون دورًا محوريًا في إنتاج السيارات ويوفر مزايا متعددة تساعد على خفض استخدام الطاقة وفواتير الطاقة. ويوفر كربيد السيليكون وفورات كبيرة محتملة في صناعة تواجه مثل هذا التغيير الجذري في ظل ما تقوم به من دور.

كربيد السيليكون (SiC) هو مركب بلوري شديد الصلابة والمتانة يتم إنتاجه صناعياً مصنوع من السيليكون والكربون، ويتوفر عادةً كمادة ملبدة ويتم إنتاجه من خلال تقنيات مختلفة مثل إعادة التبلور أو الضغط الساخن أو التلبيد بالموجات الدقيقة أو التلبيد التفاعلي أو التلبيد بدون ضغط. يخدم كربيد السيليكون غرضًا مهمًا كمادة كاشطة ويمكن العثور عليه في عجلات الطحن وأدوات القطع ومنتجات ورق الصنفرة.

يتميز كربيد السيليكون بخصائص كهربائية استثنائية بسبب طبيعته شبه الموصلة. وتتفوق هذه المادة في مقاومتها للأحماض والأملاح والقلويات العضوية وغير العضوية على العديد من نظيراتها بمقاومة تصل إلى سبع مراتب من حيث الحجم؛ مما يجعل هذه المادة العازلة مناسبة لتطبيقات مثل محولات الجر للمركبات الكهربائية وكذلك محولات التيار المستمر/التناوب لأنظمة تخزين الطاقة.