Прахообразен силициев карбид

SiC е изключително твърд и огнеупорен материал с висока износоустойчивост и защита срещу корозия, както и със сравнително ниски показатели на топлинно разширение и топлопроводимост, което го превръща в привлекателен избор за приложения в областта на силовата електроника.

Разтопеният кварцов пясък, смесен с коксов въглерод в електрическа резистивна пещ, се преработва в много твърд прах, който може да бъде оформен в различни форми чрез процеси на свързване и шлифоване/хониране, като по този начин се получават изключително универсални продукти за използване като шлифоващи тела и инструменти за хониране.

Твърдост

Прахообразният силициев карбид, по-известен като черен силициев карбид, е изключително полезен абразив, който се отличава с впечатляваща универсалност в различни промишлени приложения. Съставен от силиций и въглерод, той притежава впечатляваща твърдост, която се равнява на тази на диаманта, а термичната му проводимост е втора по големина след тази на медта; освен това той се характеризира с ниски коефициенти на термично разширение и е изключително устойчив на киселинна корозия.

Кристалната структура на силициевия карбид се състои от ковалентно свързани тетраедри, съставени от четири атома силиций и четири атома въглерод. Това създава изключително здрава структура, което му придава твърдост и издръжливост. Освен това водата и алкохолът не го разтварят лесно, а той може да издържи температури до 1600 °C, без да се деформира или счупи.

Силициевият карбид се превръща в полупроводник, когато към него се добавят легиращи елементи като бор или алуминий, което позволява използването му в електрониката, например в светодиоди (LED) и транзистори.

Силициевият карбид, като най-твърдото широко разпространено абразивно зърно, може да се използва в множество приложения – от прецизно шлифоване и полиране, рязане на кварц, свързване на абразивни материали, струйно почистване под налягане (мокро или сухо), изравняване на камъни с поръсени върху тях зърна от черен силициев карбид, за да се премахнат драскотини или несъвършенства, до поддържане на твърдостта на водните камъни за по-дълго време и по-бързо рязане, като се запазва гладка и равномерна повърхност.

Топлопроводимост

Силициевият карбид (SiC) е неорганично съединение на силиций и въглерод, което се произвежда синтетично в промишлени мащаби от 1893 г. насам и се използва като абразив, както и в електрически устройства като светодиоди (LED) и детектори в ранните радиоприемници. Освен това, благодарение на своята устойчивост при високи температури, SiC се използва в огнеупорни облицовки, шлифовъчни дискове, режещи инструменти, приложения, изискващи износоустойчивост, както и в керамични плочи, използвани в бронежилетки.

SiC е полупроводников материал с отлична топлопроводимост, който може да бъде легиран с елементи като бор и алуминий за производството на устройства от p- или n-тип. Високата топлопроводимост на SiC го прави особено подходящ за приложения при високи температури, включително системи за индукционно нагряване и облицовки на пещи.

American Elements произвежда силициев карбид за търговски и изследователски приложения под формата на пръти, пръчки и плочи. Всеки продукт от силициев карбид може да бъде специално адаптиран според изискванията на клиента – дори с уникални състави, съобразени с конкретни приложения или нови патентовани технологии – като се предлагат форми с изключително висока чистота, субмикронни прахове и наноматериали, мишени за нанасяне на тънки слоеве, както и пелети, подходящи за приложения за химическо отлагане от пари/физическо отлагане от пари. Силициевият карбид на American Elements се използва и като материал по избор за съхранение на енергия в електрическите превозни средства, тъй като може да издържи високите напрежения, генерирани в инверторните системи, което увеличава пробега, като едновременно с това намалява размера и теглото на батерията чрез значително намаляване на размера и теглото на системата за управление на батерията, като подобрява пробега и ефективността, като намалява размера и теглото на системата за управление на батерията чрез увеличаване на изходното напрежение на инверторната система и едновременно с това намалява теглото и размера на използваните компоненти на системата за управление на батерията.

Устойчивост към химикали

Силициевият карбид е издръжлив синтетичен керамичен материал с изключителни физични и термични свойства. Твърдостта по скалата на Моос, равна на 9, доказва неговата здравина, а отличната му топлопроводимост и ниският коефициент на разширение го правят изключително топлопроводим – свойства, които го правят подходящ за многобройни промишлени приложения.

Свободният прах от алуминиев оксид може да се използва като абразив за лапиране или да се смесва със свързващи вещества за получаване на листове, пръчки и дискове за по-агресивни операции по лапиране. Освен това това многофункционално вещество се среща и в дюзите за дробеструене и компонентите на циклоните – като се използва и за производството на високотемпературни тухли и други огнеупорни материали благодарение на изключителната си твърдост, топлопроводимост и устойчивост на химични реакции.

Материалите от силициев нитрид и силициев карбид са изключително устойчиви в среди, съдържащи сух кислород, смеси от горещи газообразни пари, разтопени метали, соли и въглищни шлаки. Устойчивостта на корозия зависи в голяма степен от естеството и състоянието на покритието, нанесено върху повърхностите от силициев нитрид или силициев карбид; оксидната бариера, нанесена като част от това покритие, може да осигури защита или да ограничи прякото взаимодействие на агресивните вещества със субстрата и да ограничи скоростта на окисляване на материала с течение на времето.

SiC прахът се произвежда чрез смесване на кварцов пясък с източници на въглерод, като например нефтококс, в отворена пещ от типа “Ачесън” при високи температури, което води до образуването на кристални зърна от силициев карбид със зелен или черен цвят, в зависимост от нивата на примеси в двата вида материал. Зърната със зелен цвят показват по-ниско ниво на примеси в сравнение с черните зърна.

Електрическа проводимост

Силициевият карбид се отличава с широка енергийна празнина и висока подвижност на електроните, което му придава потенциал да бъде електропроводим материал. Тъй като е устойчив на окисляване и на температури до 600F, нагревателните елементи от силициев карбид биха могли да се окажат особено подходящи за нагревателни елементи в електрическите превозни средства.

Допирането на силициев карбид (добавянето на примеси, които променят неговата химична структура) може да промени свойствата му по различни начини. Легирането с алуминий, бор, галий или азот води до получаването на полупроводници от P-тип; обратно, чрез добавяне на примеси като фосфор или ниобий могат да се получат и полупроводници от N-тип.

В най-чистата си форма силициевият карбид е зелен; обаче при производството му се получава и черен или кафяв прах, който след това се синтерова в различни форми и размери за използване в огнеупорни материали, композитни материали с метална матрица, пещни приспособления и шлифовъчни дискове – без да забравяме самите шлифовъчни дискове и инструментите за рязане на метал! В допълнение към тези приложения той служи и като абразив, използва се за облицовка на пещи като облицовъчен материал, както и като неорганичен огнеупор материал в производството на цветни метали.

Силициевият карбид е изключително твърд и устойчив изкуствен минерал, чиято твърдост е почти идентична с тази на диаманта. Благодарение на изключителната си топлопроводимост и отлична якост при повишени температури, силициевият карбид е отличен избор за приложения, изискващи висока якост при повишени температури, като например шлифоване и хонинговане, носещи рафтове в пещи с висока температура или като носещ материал в пещи с висока температура.