استخدامات كربيد السيليكون في الصناعة

يحتوي كربيد السيليكون، أو SiC، على مجموعة من التطبيقات. ويمكنه العمل في درجات حرارة وترددات وفولتية أعلى من السيليكون، مع توفير كثافة طاقة أعلى.

قام إدوارد أتشيسون باكتشاف الكاربوروندوم بالصدفة أثناء محاولته إنتاج ألماس صناعي في عام 1891. عن طريق تسخين الطين بمسحوق الكربون باستخدام الكهرباء وتكوين بلورات سداسية الشكل خضراء زاهية اللون أطلق عليها اسم الكاربوروندوم.

إنه كاشط

كربيد السيليكون (SiC) هو مركب كيميائي صلب يتكون من السيليكون والكربون. وعلى الرغم من وجوده بشكل طبيعي كرواسب معدنية من المويسانيت، إلا أنه غالبًا ما يتم تصنيع كربيد السيليكون صناعياً لاستخدامه كمادة كاشطة. SiC مادة شديدة الصلابة مصنفة في المرتبة 9 على مقياس موس - ولا يتفوق عليها كمواد صلبة سوى الماس وكربيد البورون.

يمكن استخدام مسحوق SiC كمادة كاشطة في تطبيقات متعددة، بما في ذلك المواد الكاشطة الملتصقة والمغلفة، وكوارتز النشر، والسفع بالضغط (الرطب أو الجاف)، والطحن وغيرها. علاوة على ذلك، يتميز SiC بمقاومة عالية للتآكل مما يجعله لا يقدر بثمن في الصناعات الإلكترونية والمعدنية.

كربيد السيليكون الأسود هو مادة كاشطة متينة للغاية، مما يجعله خيارًا شائعًا في صناعة المواد الكاشطة. تشمل الاستخدامات الشائعة لهذه الصلابة ورق الصنفرة وعجلات الطحن؛ كما يمكن العثور عليها مستخدمة في تطبيقات الصقل أو التلميع الدقيق في إعدادات الفضاء أو السيارات لصقل أو صقل أو تلميع المكونات المعدنية والسيراميك بأبعاد دقيقة.

يمكن تلبيد SiC في سيراميك شديد الصلابة للسترات الواقية من الرصاص واستخدامه في الحراريات لمقاومة الحرارة ومقاومة الصدمات الحرارية وكذلك الأجهزة الإلكترونية شبه الموصلة التي تعمل في درجات حرارة أو فولتية عالية.

إنها أشباه موصلات

كربيد السيليكون (SiC) عبارة عن سبيكة مكونة من السيليكون والكربون تتميز بخصائص عازل كهربائي وموصل للكهرباء على حد سواء، مما يجعلها خيارًا ممتازًا للمواد للتطبيقات الإلكترونية التي تتطلب مقاومة عالية للجهد، وموصلية حرارية، وترددات تبديل، وطاقة فجوة نطاق واسعة. علاوة على ذلك، تتميز SiC أيضاً بانخفاض تكاليف المواد مقارنةً بالبدائل.

إن SiC مادة شديدة الصلابة، وتحتل مرتبة بين الألومينا والماس على مقياس موس. تم إنتاجه لأول مرة بشكل مصطنع في عام 1891 من قبل إدوارد أتشيسون من خلال تسخين خليط من الطين ومسحوق فحم الكوك في وعاء حديدي؛ باستخدام ضوء قوس الكربون العادي كأقطاب كهربائية. وأطلق أتشيسون على اكتشافه اسم "الكاربوروندوم"، بينما عُرف فيما بعد باسم كربيد السيليكون.

إن المزيج الفريد من الخصائص الفيزيائية لمادة SiC يجعلها مادة جذابة للاستخدام في العديد من التطبيقات الحرارية والصناعية، بما في ذلك مقاومة التآكل والتوصيل الحراري ومعدل التمدد المنخفض. علاوة على ذلك، يتميز SiC بمقاومة عالية للصدمة الحرارية - الأحمال الميكانيكية العابرة الناجمة عن التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة التي تؤدي إلى أحمال مفاجئة على الآلات - وكذلك صدمة التمدد الحراري الناجمة عن التحولات السريعة في درجات الحرارة.

يتوسع نمو سوق SiC بسرعة بسبب الطلب المتزايد على السيارات الكهربائية ومحولات الطاقة الشمسية وأنظمة تخزين الطاقة التي تستخدم هذه المادة. وتلعب قدرتها على التعامل مع الفولتية العالية دورًا حاسمًا في هذا التوسع.

إنه درع مضاد للرصاص

أمر جنكيز خان فرسانه بارتداء سترات واقية من الحرير للحماية في المعارك، بينما أصبحت الدروع الواقية الحديثة أكثر تطوراً على مر القرون. عادةً ما تتكون الدروع الواقية للبدن اليوم من مواد صلبة تعمل كجدار منيع ضد معظم الذخائر - ومع ذلك، قد تفشل حتى هذه المواد الواقية عند الإصابة بالرصاصات عالية السرعة؛ ومع ذلك، فقد طور العلماء وصفة للتغلب على هذا الضعف عن طريق إضافة كميات صغيرة من السيليكون إلى مواد كربيد البورون؛ حيث أظهرت دراساتهم أن هذا جعل المواد أكثر مرونة ضد الصدمات عالية السرعة من ذي قبل - وبالتالي توفير مرونة أكبر بكثير ضد تأثيرات الرصاص عالية السرعة من ذي قبل - وهو ما لم يستطع جنكيز خان فعله.

الشفرات ذات الرؤوس الماسية ضرورية لقطع هذه المادة بسهولة ودقة، وهي تُصنف من بين أقسى المواد المعروفة. ويُستخدم الماس في المقام الأول في الأعمال الحجرية وكذلك في تطبيقات الطحن (الطحن والقطع بنفث الماء)، وغالباً ما يتم اختيار الماس على البدائل الأخرى في التطبيقات الحجرية.

وبالإضافة إلى صناعة الدروع الواقية من المقذوفات لمركبات الشرطة والمركبات المدنية الخاصة، يمكن استخدامه أيضًا في إنتاج السيراميك القائم على الألومينا، بما في ذلك المحامل وموانع التسرب. ونظرًا لمقاومته الممتازة للتآكل وخصائصه الممتازة في تحمل درجات الحرارة، فإنه يعد خيارًا ممتازًا للتطبيقات الصناعية، بما في ذلك مكابح وقوابض السيارات. وعلاوة على ذلك، فإن نسبة قوته العالية إلى الوزن وكذلك مقاومته للتآكل الكيميائي والتآكل المائي ودرجات الحرارة المرتفعة تجعل هذه المادة خياراً ممتازاً لهذا الاستخدام.

وهي مادة مضافة للزيت

أصبح كربيد السيليكون شائعًا بشكل متزايد في صناعة النفط بسبب مقاومته الفائقة للتآكل. وعلاوة على ذلك، تساعد خصائص كربيد السيليكون في تقليل اللزوجة على جعل النفط الخام قابلاً للتدفق بسرعة أكبر، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة الإنتاج وزيادة قابلية التدفق - وبالتالي المساهمة في كفاءة الإنتاج ككل. وعلاوة على ذلك، فإن خصائص استخلاص النفط لهذه المادة تجعلها مناسبة بشكل خاص للتعامل مع التكوينات الصخرية.

تسمح الصلابة الفائقة لمادة السيراميك باستخدامه في مختلف عمليات الطحن الكاشطة، بما في ذلك الشحذ والطحن والقطع بنفث الماء والسفع الرملي. كما يُعد السيراميك أيضًا جزءًا لا يتجزأ من أعمال صقل الجواهر الحديثة نظرًا لمتانته وتكلفته المنخفضة مقارنة بالماس. وعلاوةً على ذلك، فإن مقاومته الممتازة للتآكل تجعله بديلاً مناسبًا للماس في أعمال صقل الجواهر، بالإضافة إلى صنع أدوات الصقل لتخشين أسطح ألواح الزجاج أو الرخام قبل إجراء الحفر.

إن الخمول الكيميائي لكربيد السيليكون ومعامل التمدد الحراري المنخفض يجعله مناسبًا لإنتاج حراريات عالية الحرارة مثل جدران أفران الغلايات، وطوب المدقق، والكتم، وأثاث الأفران، وقضبان انزلاق الأفران، ومحطات تنقية الزنك. هناك أنواع متعددة من كربيد السيليكون؛ من بينها كربيد السيليكون ألفا (a-SiC)، مع هيكله البلوري السداسي المشابه للورتزايت، وهو الأكثر شيوعًا؛ أما التعديل بيتا (b-SiC)، مع هيكل بلوري من الزنك المخلوط فهو أقل شيوعًا.

كربيد السيليكون (/karbrndm/) هو مركب كيميائي غير عضوي يتكون من السيليكون والكربون، ويشار إليه أيضًا باسم الكاربوروندوم. ويوجد بشكل طبيعي كمعدن المويسانيت، وبدأ إنتاجه بكميات كبيرة في شكل مسحوق حوالي عام 1893 لاستخدامه كمادة كاشطة. ومن خلال عمليات التلبيد يمكن أيضًا ربط حبيباته معًا في مواد خزفية صلبة مثل مكابح السيارات أو القوابض أو ألواح السيراميك الواقية من الرصاص.