كربيد السيليكون المعاد بلورته

يُعد كربيد السيليكون مادة شائعة بشكل متزايد في مختلف الصناعات نظرًا لخصائصه الميكانيكية والكهربائية الرائعة، وخاصةً انخفاض معدل تمدده الحراري وخصائص قوته. ونظراً لهذه الخاصية فإنها تُعد مادة مثالية لتصنيع مرايا التلسكوبات.

يتم تقديم طريقة لإنتاج كربيد السيليكون المعاد بلورته، والتي تتكون من الاختزال الكربوحراري. تقوم هذه العملية بتسخين الجسم المشكل بالقالب إلى 2000 درجة مئوية في ساعتين أو أكثر.

القوة في درجات الحرارة العالية

كربيد السيليكون المعاد بلورته (RSiC) هو سيراميك تقني متطور يستخدم في التطبيقات عالية الأداء مثل هندسة الطيران. يتميز RSiC بخصائص كيميائية وميكانيكية استثنائية في درجات الحرارة القصوى للاستخدام النهائي؛ وتتكون بنيته المجهرية من حبيبات متشابكة تشبه الصفائح التي تمنحه قوة وصلابة ومقاومة عالية للتآكل ومعامل تمدد حراري منخفض، بالإضافة إلى خصائص مقاومة جيدة للتآكل. إنه متين للغاية.

هناك العديد من الطرق لإنتاج سيراميك SiC الكثيف، بما في ذلك إعادة التبلور، والتلبيد التفاعلي، والتلبيد في الطور السائل، والضغط الساخن والتلبيد المتساوي الحرارة. على الرغم من أن بعض هذه العمليات تستخدم مساعدات التلبيد التي تقلل من نقاء السيراميك، إلا أن جميع الطرق تنتج سيراميكًا كثيفًا بأداء حراري ممتاز عبر نطاق واسع من درجات الحرارة.

يتميز سيراميك SiC عن المواد الحرارية التقليدية بامتلاكه قوة ومقاومة عالية لدرجات الحرارة مما يزيد من متانته في البيئات القاسية، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في تطبيقات صناعة السيراميك. ونظرًا لقوته الفائقة ومقاومته للأكسدة، فإن سيراميك SiC الكثيف هو الخيار المفضل للاستخدام كأثاث للأفران ووسائط حرق الغاز وكذلك مرشحات جسيمات الديزل؛ وعلاوة على ذلك، يمكن العثور عليه في الدروع الواقية من المقذوفات عالية الأداء للحماية من التهديدات الحالية والناشئة.

مقاومة درجات الحرارة العالية

إن كربيد السيليكون المعاد بلورته (RSiC) هو مادة خزفية حرارية متقدمة عالية الحرارة ذات خصائص مقاومة للصدمات الحرارية الفائقة. وعلى هذا النحو، يمكن العثور على RSiC في تطبيقات متنوعة مثل مواقد الغاز ومرشحات جسيمات الديزل والمبادلات الحرارية والمبادلات الحرارية. وبفضل المقاومة الاستثنائية للمواد الكيميائية والأكسدة بالإضافة إلى الصلابة التي تقاوم تقلبات التمدد/الانكماش الحراري، فإنها توفر العديد من الاستخدامات الصناعية التي تتفوق فيها مادة RSiC.

وبالإضافة إلى كونه مادة متينة للغاية، يتميز RSiC بقوة فائقة في درجة حرارة الغرفة. يمكن تشكيلها بسهولة في أشكال معقدة مع مقاومة تآكل اللهب وهجوم الخبث بالإضافة إلى مقاومتها للتآكل والانحناء - حتى أنها تعمل كعازل كهربائي!

تتكون مادة RSiC من مسحوق كربيد السيليكون والكربون والمواد الرابطة ممزوجة معًا ثم يتم تشكيلها في قالب لتلبيدها في درجات حرارة عالية لإنتاج مادة RSiC النقية. ومن خلال هذه العملية، يُعاد تبلور المسحوق بينما تتبدد المادة الرابطة تاركةً وراءها مادة RSiC النقية.

RSiC هي إحدى المواد الرئيسية المستخدمة في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. ونظراً لصلابتها ومقاومتها للتآكل/الأكسدة، فإنها تُعد خياراً ممتازاً لأثاث الأفران مثل القضبان والألواح السقيفة والأجزاء ذات الأشكال الخاصة. وعلاوة على ذلك، يمكن أيضًا تحويل هذه المادة إلى أشكال مسامية ذات مسام مفتوحة تقلل من الوزن واستخدام الطاقة بالإضافة إلى المساعدة في تسهيل حرق قطع البورسلين لزيادة الاستفادة منها في الفرن.

الموصلية في درجات الحرارة العالية

يتميز كربيد السيليكون بموصلية حرارية استثنائية في درجة حرارة الغرفة ويوفر معامل تمدد منخفض ومقاومة للتآكل الحمضي، مما يجعله مادة مناسبة للبيئات القاسية. كما أن كربيد السيليكون قابل للتشكيل في أشكال هندسية مختلفة، ويمكنه أيضًا تحمل درجات الحرارة العالية بسهولة.

تُستخدم مواد مثل الطين عادةً لتصنيع أجزاء القمائن مثل السواقي والألواح السقيفة والبكرات، مما يقلل الحمل على الفرن مع زيادة الاستخدام وتقليل تكاليف الطاقة. وعلاوةً على ذلك، توجد أشكال مسامية بحيث يمكن أن تتناسب بسهولة مع أي محيط لمساحة الجدار الداخلي للفرن.

يتميز RSiC عن أقرانه من السيراميك بكونه نقيًا كيميائيًا وقدرته على الاحتفاظ بالقوة في درجات الحرارة العالية، مما يجعله مادة مثالية للاستخدام في مكونات أفران أشباه الموصلات. وعلاوةً على ذلك، فإن نقاءها الكيميائي الممتاز وقدرتها على الاحتفاظ بالقوة في درجات الحرارة العالية يجعلها شائعة الاستخدام كألواح عازلة للأفران والمجاذيف ودعامات صينية الرقائق. وعلاوةً على ذلك، تُستخدم هذه المادة متعددة الاستخدامات كأجزاء هيكلية مقاومة للتآكل في الأفران الصناعية ذات درجات الحرارة العالية.

سيراميك RSIC عبارة عن مادة SiC عالية النقاء مع بنية شبكية مسامية مصنوعة باستخدام عملية التخثر بالتبخير والتخثر ويتم حرقها عند درجة حرارة 2400 درجة مئوية للحرق. على عكس تلبيد المسحوق، لا يتعرض إنتاج سيراميك RSIC للانكماش أثناء مرحلة التغلغل؛ وهذا يسمح بتصنيع أجزاء كبيرة جدًا بتفاوتات ضيقة جدًا مقارنةً بتلبيد المسحوق مع كونها أقل تكلفة بشكل عام.

مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية

يوفر كربيد السيليكون مقاومة استثنائية للأكسدة في درجات الحرارة العالية بسبب طبقة السيليكا الواقية التي تمنع الأكسجين من التفاعل المباشر مع الركيزة الخاصة به، والمعروفة باسم حركية القطع المكافئ. ولكن لسوء الحظ، مع ذلك، فإن عمليته معقدة بسبب الشوائب ومواقع التنوي مثل إضافات الشوائب أو الكاتيونات التي تزيد من تكوين طبقة الأكسيد اللزجة مع نفاذية أعلى للأكسجين؛ وعلاوة على ذلك، يعتمد معدل الأكسدة على تركيزات الكاتيونات الموجودة على طلاءات الطلاء السطحية.

يمكن نمذجة أكسدة كربيد السيليكون الملبد باستخدام نموذج Deal-Grove، الذي ينطبق على البيئات الرطبة والجافة، بما في ذلك الأغشية الرقيقة التي تصل سمكها إلى عدة نانومترات. وتتوفر بيانات حركية دقيقة لسمك يصل إلى بضعة نانومترات بسهولة باستخدام هذا النهج؛ ومع ذلك، لا يمكن تركيب الطبقات الرقيقة بمنحنيات قطعية خطية بسبب عدم كفاية البيانات.

يُعد كربيد السيليكون الملبد عديم الضغط (PSSiC) مادة شائعة بشكل متزايد لصنع الفوهات والصمامات في الصناعة النووية، والتي غالبًا ما تتعرض لظروف قاسية من الضغط العالي والتآكل والتآكل في درجات الحرارة العالية. وعلاوة على ذلك، يمكن أيضًا استخدام PSiC كبطانات أنابيب مضادة للتآكل بنجاح كبير.

يتم إنتاج SSIC من مسحوق ناعم للغاية يحتوي على إضافات تلبيد ثم تتم معالجته باستخدام عمليات تصنيع السيراميك التقليدية ويتم تلبيده عند درجة حرارة 2,000 درجة مئوية للتلبيد. تتيح هذه التقنية إنتاج كميات كبيرة بتكاليف أقل من الطرق التقليدية.