كربيد السيليكون CTe

كربيد السيليكون cte هو واحد من أخف المواد الخزفية وأصلبها وأقوى المواد الخزفية في السوق. كما أنها توفر مقاومة ممتازة للأحماض بالإضافة إلى انخفاض التوصيل الحراري ومعدلات التمدد الحراري، ويمكنها تحمل درجات الحرارة القصوى دون مشاكل في التمدد الحراري.

يتميز الجرافين البلوري ببنية بلورية متعددة الطبقات ويأتي في عدة أنواع متعددة تختلف فقط من خلال تسلسل تكديس الطبقات. وتمتلك جميعها فجوات نطاق إلكترونية مميزة؛ ومن بين هذه التعديلات، يمتلك تعديل بيتا خصائص جذابة بشكل خاص.

الخواص الميكانيكية

كربيد السيليكون (SiC) هو سيراميك تقني استثنائي برز كمادة لا غنى عنها في التطبيقات التكنولوجية الحديثة. تتميز هذه المادة ذات اللون الرمادي المائل إلى الأسود إلى الرمادي بأنها أكثر كثافة من العديد من السيراميك الشائع ولكنها أقل كثافة من العديد من المعادن؛ وبفضل خصائصها الميكانيكية الممتازة وثباتها الحراري، فإن كربيد السيليكون يمثل حلاً ممتازًا في البيئات الصعبة التي قد تفشل فيها المواد التقليدية.

تتكون مادة كربيد السيليكون cte من شبكة من الروابط بين ذرات الكربون والسيليكون التي تشكل مادة متينة وقوية للغاية مع خصائص ممتازة لمقاومة التآكل ومقاومة الأكسدة تعمل بشكل موثوق في البيئات القاسية مثل الأفران والمعادن المنصهرة والصناعات البتروكيماوية.

إن الخمول الكيميائي الفائق يجعل البولي كربونات مثاليًا للعمل بأمان في البيئات الكيميائية القاسية التي من شأنها أن تتحلل بسرعة في المواد الأكثر هشاشة، مثل تلك التي تواجهها أثناء تصنيع الصلب والبتروكيماويات والسيراميك، حيث يتم استخدام المركبات الكيميائية بشكل متكرر كمواد خام أو محفزات في مساعدة المنتجات على العمل. هذه الخاصية تجعل البولي كربونات مناسبة بشكل خاص للعمل بشكل موثوق في ظل هذه الظروف.

يُعرف سيراميك كربيد السيليكون بمتانته العالية، حيث يتميز بمعامل يونج أعلى من معظم المواد الخزفية لتحمل الصدمات التي يمكن أن تكسر أو تصدع المواد الأقل جودة، مما يوفر الحماية من الكسور أو التشققات الناتجة عن الصدمات التي من شأنها أن تكسر المواد الأقل جودة مثل المطاحن أو المطاحن أو أجهزة الطحن أو أجهزة التوسيع أو أجهزة البثق. وبسبب هذه الخاصية فقد أصبح استخدامها شائعًا في المطاحن أو المطاحن أو المطاحن أو الموسعات أو آلات البثق حيث يمكن أن يحدث تلف بسبب التآكل والتلف.

يمكن لكربيد السيليكون كسيراميك صناعي أن يتحمل الظروف البيئية القاسية مثل درجات الحرارة القصوى والتآكل الكيميائي والتآكل الكيميائي والتآكل. وعلاوة على ذلك، يتمتع هذا السيراميك عالي المتانة بالقدرة على تحمل مستويات عالية من الإجهاد الميكانيكي مع تحمل ضغوط تصل إلى 240 ميجا باسكال وقوة شد تصل إلى 10 جيجا باسكال على التوالي.

كما هو الحال مع السيراميك التقني الآخر، يُظهر كربيد السيليكون معامل تمدد حراري منخفض للغاية (CTE)، مما يمكّنه من الحفاظ على بنيته عند تعرضه لتقلبات درجات الحرارة. وتجعل هذه الخاصية كربيد السيليكون ضرورياً في تطبيقات أشباه الموصلات حيث يجب أن تعمل مستويات الطاقة العالية في ظل تغيرات شديدة في درجات الحرارة. وعلاوة على ذلك، يتميز كربيد السيليكون بقوة ميكانيكية استثنائية - حيث يوفر معامل يونغ الذي يتجاوز 400 ميجا باسكال ثباتاً جيداً في الأبعاد.

الخواص الحرارية

كربيد السيليكون هو مادة قوية ومرنة للغاية وقادرة على تحمل درجات الحرارة القصوى، وهي خاملة كيميائياً وغير قابلة للاشتعال، مما يجعلها المادة المثالية للظروف الصعبة مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد أو إنتاج المقذوفات أو تكنولوجيا الطاقة أو تصنيع الورق. وعلاوة على ذلك، يتميز كربيد السيليكون بمستويات سمية منخفضة وبالتالي فهو مناسب للعديد من التطبيقات التي لا تصلح فيها المعادن.

يوفر كربيد السيليكون CTE خصائص حرارية ممتازة للاستخدام في التطبيقات في درجات الحرارة المرتفعة، بما في ذلك أشباه الموصلات والأجهزة الإلكترونية. ويساعد ثباته الممتاز في درجات الحرارة على منع التدهور بسبب البقع الساخنة في الأجهزة بينما يتحمل التمدد الحراري المنخفض التغيرات الكبيرة دون إجهاد الوصلات أو التشقق - مما يؤدي إلى أداء موثوق به في درجات الحرارة المرتفعة. تتمتع SiC بمعامل تمدد حراري أقل بكثير (CTE)، مما يجعلها أكثر موثوقية من المواد المعدنية في تحمل مثل هذا الإجهاد.

تضمنت الأساليب التاريخية لإنتاج كربيد السيليكون تسخين خليط من الطين (سيليكات الألومنيوم) ومسحوق فحم الكوك في وعاء حديدي، حيث يرجع الفضل لإدوارد غودريتش أتشيسون في إنتاج كميات كبيرة منه في عام 1891؛ وأصبح منتجه يُعرف باسم الكاربوروندوم. ومع ذلك، يمكن أن يتضمن إنتاجه اليوم أيضًا إذابة الكربون في السيليكون السائل أو صهر كربيد الكالسيوم والسيليكا معًا أو استخدام الأفران الكهربائية لاختزال السيليكون مع الكربون.

كربيد السيليكون هو موصل حراري متميز مع موصلية حرارية تبلغ ضعف موصلية النحاس النقي تقريبًا، ومعدلات تمدد حراري منخفضة، ومقاومة للصدمات الحرارية.

كربيد السيليكون هو مادة حرارية شائعة بسبب قوته وصلابته وخصائصه الحرارية؛ حيث يحتل المرتبة التاسعة على مقياس موس للصلابة أعلى من الألومينا ولكن أقل من الماس. ونظرًا لتعدد استخداماتها فإنها تُعد خيارًا ممتازًا لمرايا التلسكوبات الفلكية.

يمكن تحسين الخصائص الحرارية لكربيد السيليكون المسامية من خلال إضافة مواد مضافة مثل البورون أو المغنيسيوم، مما يحسن من الانكسار ومعامل المرونة لزيادة الأداء في البيئات الصعبة.

الخواص الكيميائية

يُعد كربيد السيليكون (SiC)، الذي يشار إليه عادةً باسم الكاربوروندوم، أحد المواد الخزفية الصناعية الرئيسية. تم إنتاجه لأول مرة صناعياً على يد إدوارد أتشيسون في عام 1891، وهو أحد أكثر المواد صلابة على وجه الأرض - يأتي في المرتبة الثانية بعد الماس على مقياس موس للصلابة - يتميز كربيد السيليكون بمقاومة عالية للتآكل والتآكل ويوفر مقاومة استثنائية للصدمات الحرارية - وهي صفات تجعله لا يقدر بثمن كجزء من المعدات الصناعية والعسكرية.

SiC هي مادة خاملة تتكون من روابط قوية بين ذرات الكربون والسيليكون، مما يمنحها صلابة غير عادية وقوة ميكانيكية ونقاط انصهار وغليان عالية وكثافة منخفضة وتوصيل حراري. يمكّن القصور الكيميائي العالي لمادة SiC من مقاومة التآكل من الأملاح والأحماض والقلويات والخبث بينما لا تتأثر بالهواء أو البخار في الظروف العادية - على الرغم من أن الأكسدة السريعة قد تحدث بسرعة عند تعرضها لبيئات حمضية أو عند تسخينها في درجات حرارة أعلى.

يحتوي SiC على العديد من الخواص الكيميائية المتنوعة التي تعتمد على بنيته البلورية وتكوينه. تُظهر الأنواع المختلفة أو الأشكال البلورية المختلفة من SiC خواص أشباه موصلات مختلفة تعتمد على التركيب والتوجيه داخل بنية الشبكة - على سبيل المثال يُظهر SiC 6H SiC قابلية أكبر بكثير لحركة الإلكترونات مقارنةً بالأشكال 3C و4H من المادة.

ويتميز كربيد السيليكون بخصائص فيزيائية وكيميائية رائعة تجعله مادة متفوقة للاستخدام في المفاعلات النووية، بما في ذلك كونه غير تفاعلي مع مقاطع عرضية نيوترونية منخفضة ومقاومة ممتازة للتلف الإشعاعي. وعلى هذا النحو، فإن كربيد السيليكون يشكل خياراً ممتازاً للمواد.

يوجد SiC بشكل طبيعي كمعدن أسود يسمى المويسانيت الذي لا يمكن العثور عليه إلا بكميات محدودة للغاية في رواسب الكوراندوم وأنابيب الكمبرلايت، على الرغم من أنه يمكن أيضًا تصنيعه صناعيًا في المختبرات. يتم استخراج معظم المويسانيت الموجود طبيعياً في ديابلو كانيون في أريزونا حيث يتم استخدامه لصنع الماس الاصطناعي - على الرغم من أن المصادر الأخرى تشمل النيازك والحجر الرملي. يتم إنتاج معظم سيكلوريد الكالسيوم الذي يباع في جميع أنحاء العالم صناعياً لاستخدامه كمادة كاشطة أو مضافة للصلب أو مكون خزفي هيكلي أو مكون إلكترونيات أشباه الموصلات - ومع ذلك فإن معظم ما يباع في جميع أنحاء العالم يتم إنتاجه صناعياً باستخدام مكونات وتطبيقات إلكترونيات أشباه الموصلات.

الخصائص الكهربائية

إن كربيد السيليكون في شكله البلوري هو شبه موصل ذو فجوة نطاق طاقة واسعة مع خاصية جذابة متأصلة في خصائصه، بما في ذلك مجال انهيار كهربائي مرتفع بشكل استثنائي وسرعة تشبع سريعة لحاملات الشحنة. وعلاوة على ذلك، يتميز كربيد السيليكون بموصلية حرارية أعلى بثلاث مرات من سيليكون السيليكون وهو خامل للمواد الكيميائية، مما يجعله خياراً ممتازاً للمواد للاستخدام في التطبيقات الكهربائية والإلكترونية الضوئية.

تجعل خصائص كربيد السيليكون متعددة الاستخدامات من كربيد السيليكون لبنة أساسية في التطبيقات التكنولوجية والصناعية الحديثة التي تتطلب الثبات والكفاءة والمرونة. وقدرته على تحمل درجات الحرارة القصوى مع مقاومة التفاعلات الكيميائية تجعله مكونًا لا يقدر بثمن في الأنظمة المتقدمة التي تعمل في ظروف قاسية.

يتميز كربيد السيليكون بتركيب بلوري غير عادي يتميز بروابط كيميائية قوية بين ذرات الكربون والسيليكون، مما يؤدي إلى صلابة وخمول كيميائي وثبات حراري وتوصيل حراري يجعله مناسبًا للبيئات القاسية.

يختلف SiC عن العديد من السيراميك من حيث أنه لا يعاني من فقدان القوة على مدى درجات الحرارة ويبقى سليماً حتى في ظل الظروف البيئية القاسية. وبالإضافة إلى ذلك، فهو خامل للأحماض والمواد الكيميائية الموجودة في بيئته مما يقلل من احتمالية تلف المكونات الميكانيكية أو البيئات المعرضة لظروف بيئية شديدة.

ومن الناحية الكيميائية، فإن الخاصية الأكثر تميزًا للسيراميك هي عدم قابليته للذوبان في الماء والكحول - وهذه الخاصية تميزه عن المواد الخزفية الشائعة وكذلك بعض المعادن؛ وتوضح مرونته في البيئات الكيميائية القاسية.

يتميز كربيد السيليكون بمعامل التمدد الحراري المنخفض والقوة الاستثنائية في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الصعبة والبيئات عالية التقنية. وعلاوة على ذلك، فإن عدم قابليته للذوبان تجعله خيارًا ذكيًا في ظروف الضغط العالي حيث تتآكل المواد الأخرى أو تتحلل بمرور الوقت.

يحتوي كربيد السيليكون على العديد من التطبيقات في تكنولوجيا الختم الديناميكي، مثل محامل الاحتكاك والموانع الميكانيكية المستخدمة في المضخات وأنظمة القيادة. وعلاوة على ذلك، يمكن العثور على كربيد السيليكون أيضًا في تكنولوجيا المقذوفات وتكنولوجيا الطاقة وعمليات تصنيع الورق وكمكون في أنظمة الأنابيب. وعلاوة على ذلك، تُعد هذه المادة خياراً جذاباً للمواد المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد نظراً لعمرها الاستثنائي للأدوات في ظروف الضغط العالي الساخن المتطلبة.