Прах от силициев карбид

SiC е идеален материал за използване в инверторите на батериите на електромобилите, благодарение на способността му да издържа на високи напрежения, като същевременно осигурява по-ефективно спестяване на енергия и по-голям пробег.

Въпреки че силициевият карбид (SiC) се среща в природата в малки количества в метеоритите, корундовите залежи и кимберлита, по-голямата част от SiC, който се продава днес, е синтетично произведен и представлява твърд и крехък материал с уникални физични свойства.

Твърдост

Силициевият карбид, често съкращаван като SiC, е изключително твърдо кристално съединение на силиций и въглерод, което се произвежда масово от края на 19-ти век за използване като абразиви и за различни промишлени цели, като например огнеупорни облицовки за пещи или нагревателни елементи за промишлени пещи, устойчиви на износване части за помпи и ракетни двигатели, както и като полупроводников субстрат за светодиоди (LED).

SiC е известен със своята изключителна твърдост (9 по скалата на Моос), устойчивост на абразия, химическа инертност и топлопроводимост – качества, които го правят подходящ за приложения при високи температури, като например огнеупорни материали. Освен това якостта на SiC се запазва и при повишени температури, което го превръща в отличен избор на материал.

Едуард Гудрич Ачесън за първи път успешно произвежда силициев карбид през 1891 г., когато нагрява смес от глина (алуминиев силикат) и кокс на прах (въглерод). Той нарича този материал „карборунд“ – съчетание от думите „въглища“ и „диамант“. Впоследствие Анри Моасан успешно създава силициев карбид, като или разтваря въглерод в течен силиций, или разтопява калциев карбид и силициев диоксид в него.

Днес по-голямата част от силициевия карбид, продаван по целия свят, е синтетичен и се произвежда чрез калциниране на „зелени“ блокове в мелница „Бармак“ или мелница „Реймънд“, след което се смила до ултрафин прах чрез пресяване. Черният силициев карбид се обработва съгласно строги спецификации, за да отговаря на изискванията за прецизно шлифоване, полиране и приложения, изискващи противоплъзгащи свойства; за рязане на кварц с тел; както и за производството на абразивни продукти с покритие и свързващо вещество.

Топлопроводимост

Силициевият карбид (SiC) е едно от най-твърдите, най-здравите и най-полезните химични съединения, известни на човечеството. Въпреки че в природата се среща в изключително редки форми като скъпоценни камъни моисанит, SiC се произвежда масово от 1893 г. насам под формата на прах и кристали за използване като абразивен и промишлен материал с отлични свойства по отношение на якост, издръжливост и топлопроводимост.

SiC се състои от плътно опаковани атоми на силиций (Si) и въглерод (C), подредени в координационни тетраедри от по четири атома, което създава изключително твърд и устойчив материал. Той е устойчив на повечето органични и неорганични киселини, както и на разтопени соли, с изключение на флуороводородната киселина и киселинните флуориди; уникалната му тетраедрична структура му придава и изключителна устойчивост на термичен шок, което го прави подходящ за приложение при високи температури.

Чистият силициев карбид се отличава с изключително висока топлопроводимост при стайна температура – приблизително 490 Wm⁻¹ K⁻¹ – благодарение на липсата на примеси или структурни дефекти в кристалната му решетка, докато поликристалната SiC керамика показва значително по-ниска топлопроводимост поради хаотичната ориентация на зърната, вторични фази с по-ниска проводимост по границите на зърната или примеси в решетката.

Foundry Service предлага както порест, така и напълно уплътнен b-SiC в широк диапазон от размери и химически състави, подходящи за различни приложения, като абразивно бластиране, противоплъзгащи покрития, абразивни материали с покритие, керамични шлифовъчни дискове и огнеупорни материали. Всички предлагани материали са сертифицирани от независими организации като отговарящи на съответните стандарти.

Устойчив на корозия

Прахообразният силициев карбид предлага изключителна устойчивост на износване и защита срещу корозия, като освен това е силно огнеупорен, с отлична топлопроводимост и нисък коефициент на разширение – качества, които го правят идеален за промишлена употреба. Светлосивият цвят на силициевия карбид, твърдостта и плътността му, сходни с тези на диаманта, но с по-малка вероятност от напукване или надраскване, го правят идеален за използване като промишлен материал.

Електрическите свойства на графена включват неговите полупроводникови характеристики и широк диапазон на съпротивление при различните състави – до седем порядъка величина между отделните състави. Той е неразтворим във вода и алкохол, но има точка на топене, по-висока от тази на диаманта. Освен това високата устойчивост на графена към киселини, абразия и корозия го предпазва добре; въпреки това някои видове флуороводородна и азотна киселина при по-високи температури предизвикват бързата му корозия.

Силициевият карбид, получен чрез реакционно свързване, обикновено е изключително устойчив на корозия при химически приложения, с изключение на някои окислителни киселини (като азотната и флуороводородната). Тази устойчивост се дължи на отличната му устойчивост на абразия.

Реакционно свързаният силициев карбид може лесно да се формова в матрици чрез смесването му с пластификатор и вода до получаване на каша, след което се излива или екструдира чрез валцуване, филтър-преса или хидростатично налягане. Този процес на формоване трябва да се извършва без намеса на калций, който в противен случай би нарушил неговите антикорозионни свойства; за да се постигне това, често се използват гипсови форми вместо традиционните форми на пясъчна основа като предпочитан материал за формоване.

Устойчивост на абразивно износване

Силициевият карбид заема 9,1 по скалата на Моос, а твърдостта му го прави идеален за рязане на много твърди материали или устойчиви повърхности като гранит. Освен това, благодарение на високата си скорост на рязане и устойчивостта си на износване, той се използва широко при производството на шлифовъчни дискове, режещи инструменти, шкурка и в процесите на пясъкоструене.

Черният прах от силициев карбид често се използва в керамиката за прецизно шлифоване на метални и стъклени детайли с цел постигане на точни размери и гладки повърхности, като често се комбинира с бор карбид за по-голяма издръжливост и по-добри експлоатационни характеристики при приложения при високи температури. Освен това този материал намира приложение в производството на съвременни огнеупорни продукти, използвани в отрасли като металургията, топенето и леенето.

Карбидът на силиций е от съществено значение за аерокосмическата промишленост при производството на компоненти за двигатели, които могат да издържат на екстремни температури и термични шокове, както и при слънчевите панели и горивните клетки, където спомага за разсейването на топлината с цел подобряване на ефективността и експлоатационния срок. Карбидът на силиций играе също така значителна роля в полупроводниковата технология, където неговата термична устойчивост прави възможно използването на оборудване за обработка на полупроводникови пластини.

Наскоро силициев карбид с нитридна връзка беше тестван при различни почвени условия с цел определяне на неговата износоустойчивост. Анализът показа, че леката почва осигурява оптимална износоустойчивост; въпреки това степента на износване все пак може да бъде повлияна от вида на стоманата, използвана за работните части при тези условия.