Karbid křemíku v prášku

Prášek karbidu křemíku se pro svou tvrdost hojně využívá při abrazivním obrábění, jako je broušení, honování, řezání vodním paprskem a pískování. Kromě toho se karbid křemíku používá v neprůstřelných vestách k tlumení nárazů střel.

Karborundová drť je široce používaným brusivem v moderních lapidárních aplikacích. Kromě toho jej lze nalézt jako součást karborundové kolografické techniky tisku.

Tvrdost

Karbid křemíku v prášku je synteticky vyráběná tvrdá krystalická sloučenina křemíku a uhlíku s tvrdostí 9,5 stupně Mohsovy stupnice, což jej řadí mezi diamant a korund jako jeden z nejtvrdších běžných brusných materiálů. Karbid křemíku se používá k broušení, tryskání, lapování a chemické odolnosti při zvýšených teplotách; jako brusný materiál má mnohostranné využití.

Edward Acheson poprvé uměle syntetizoval moisanit v roce 1891, když elektricky zahřál směs jílu (křemičitanu hlinitého) a práškového koksu. Acheson při elektrickém zahřívání své směsi pozoroval malé černé krystalky; Acheson se domníval, že jeho sloučenina připomíná korund (drahokam podobný tvrdostí diamantu), zatímco nositel Nobelovy ceny za chemii Henri Moissan později pozoroval jeho přírodní formu v podobě krystalů moisanitu v kaňonu Diablo v Kalifornii jako průhledné krystaly minerálu moisanitu.

SiC je vynikající žáruvzdorná keramika, která se vyznačuje vynikající stabilitou a nízkou tepelnou roztažností při zahřátí na extrémně vysoké teploty a nabízí chemickou čistotu a odolnost vůči oxidaci při těchto extrémních teplotách. Díky tomu se SiC hojně používá jako podpěry a podložky pro destičky v pecích na výrobu polovodičů i v průmyslových pecích a raketových motorech a pro substráty světelných diod. Zelený karbid křemíku společnosti Panadyne dosáhl čistoty přes 99%, čímž překonal normy JIS, ISO a FEPA!

Tepelná vodivost

Karbid křemíku (SiC) je jedním z nejtvrdších dostupných materiálů s tvrdostí 9 stupňů podle Mohsovy stupnice.I přes svou tvrdost vykazuje vynikající tepelnou vodivost a může pracovat při vysokých teplotách, aniž by poškodil sebe nebo okolní struktury.

SiC se vytváří dvěma hlavními způsoby - reakční vazbou nebo slinováním. Oba procesy významně ovlivňují mikrostrukturu konečných výrobků z SiC; reakčně vázaný SiC lze vyrobit infiltrací kompaktů směsi uhlíku a křemíku kapalným křemíkem, který spojí původní částice, zatímco slinování zahrnuje vypalování práškového SiC při teplotách přesahujících 2000oC po dobu nejméně jedné hodiny v inertním prostředí.

Obě metody vyrábějí ingoty SiC s vrstevnatou krystalovou strukturou, které se následně řežou a třídí na zelený nebo černý SiC, vhodný pro různá použití v aplikacích, jako jsou brusiva, žáruvzdorné materiály a metalurgie.

Při Ramanově spektroskopii vykazují mikroprášky SiC obvykle silné píky, které odpovídají jak příčným optickým (TO), tak podélným optickým (LO) fononům; to naznačuje, že jejich syntetický materiál patří k polytypu 3C.

Moissanit, přírodní minerální forma karbidu křemíku, je velmi vzácný a vyskytuje se pouze v omezeném množství v meteoritech, ložiscích korundu a kimberlitech. Většina komerčně prodávaného SiC (včetně šperků z moissanitu) je dnes syntetická. Výroba umělého karbidu křemíku začala kolem roku 1891 a brzy poté se z tohoto materiálu začaly vyrábět průmyslové brusné materiály; využívaly ho také první radiové detektory a světelné diody (LED).

Odolnost proti korozi

Karbid křemíku je chemicky inertní a odolný vůči korozi většinou kyselin (chlorovodíkovou, sírovou a fluorovodíkovou) a zásad (koncentrované hydroxidy sodíku). Kromě toho je díky své tvrdosti ideální pro podpůrné přípravky na zpracování polovodičových destiček vyrobené z křemene; tento materiál se však při vysokých teplotách deformuje a při příliš dlouhém působení se opotřebovává čištěním chemikáliemi, jako je kyselina fluorovodíková. Karbid křemíku je díky své chemické inertnosti také vynikajícím podpůrným materiálem, protože je odolný.

Karbid křemíku se v přírodě vyskytuje jako průhledný minerál známý jako moissanit. Poprvé byl identifikován v roce 1893 nositelem Nobelovy ceny za chemii Henrim Moissanem v arizonském meteoritu z oblasti Canyon Diablo nositelem Nobelovy ceny Henrim Moissanem jako nekrystalický materiál, který byl poprvé v historii pozorován v přírodě, a tento objev znamenal jeho debut v přírodě.

RSiC je keramická sloučenina složená z křemíku a uhlíku s poměrem Si a C 4:1 a hustotou 3,21 g cm-3. Ačkoli je tento materiál nerozpustný ve vodě, lze jej rozpustit v alkáliích (NaOH nebo KOH) i v roztocích obsahujících železo (NaF).

RSiC se často používá pro svou tvrdost při různých abrazivních obráběcích procesech, jako je broušení, honování a řezání vodním paprskem. Kromě toho je díky svým vlastnostem podpůrného a odkládacího materiálu užitečný ve vysokoteplotních pecích pro vypalování skla, keramiky nebo tavení kovů; dále slouží jako základní složka neprůstřelných vest, automobilových brzd a spojek, vysoce výkonné keramiky, jako jsou světelné diody.

Odolnost proti opotřebení

Karbid křemíku je jedním z nejtvrdších známých materiálů, srovnatelný s diamantem a karbidem boru. Navíc jeho odolnost proti otěru a tepelnému namáhání přesahuje 1400 stupňů C pro vysokoteplotní aplikace, jako je obrábění nebo pískování brusivem. Karbid křemíku navíc odolává korozi kyselými chemikáliemi používanými při těchto úkonech - ideální pro použití při vysokých teplotách!

Trvanlivost lze měřit pomocí odolnosti proti opotřebení, což je aspekt, který lze určit pomocí třecích zkoušek. Výsledky testů ukazují, že karbid křemíku překonává speciální oceli pro zpracování půdy, pokud jde o odolnost proti opotřebení ve všech typech půd; zvláště výplňový svar F-61 se zvýšeným obsahem niobu vykazuje za podobných podmínek téměř dvakrát nižší intenzitu opotřebení než ocel XAR 600.

Keramika SiC má výjimečnou mikrostrukturu, která vytváří výjimečné mechanické vlastnosti s výjimečnou tepelnou vodivostí a nízkým koeficientem roztažnosti, díky čemuž je vhodná pro vysokoteplotní aplikace i pro agresivní prostředí, např. odolnost proti korozi. Kromě toho je díky své schopnosti odolávat silným nárazům vysoce odolná a má skvělé nosné vlastnosti - vlastnosti, které z této keramiky činí atraktivní volbu pro průmyslové použití, jako je obrábění a pískování, protože se dodává v řadě velikostí zrn od hrubých až po jemné.