Siliciumkarbidpulver

SiC er et ideelt materiale til brug i batteriinvertere til elbiler, da det kan modstå høje spændinger og samtidig sikre en mere effektiv energibesparelse og længere køreafstande.

Selvom siliciumkarbid (SiC) forekommer naturligt i små mængder i meteoritter, korundforekomster og kimberlit, er det meste af det SiC, der sælges i dag, fremstillet syntetisk, og det er et hårdt og skørt materiale med unikke fysiske egenskaber.

Hårdhed

Siliciumkarbid, ofte forkortet til SiC, er en ekstremt hård, krystallinsk forbindelse af silicium og kulstof, der har været masseproduceret siden slutningen af det 19. århundrede til brug som slibemidler og til forskellige industrielle formål, såsom ildfaste foringer til ovne eller varmeelementer til industrielle ovne, slidbestandige dele til pumper og raketmotorer samt som halvledersubstrat til lysdioder (LED).

SiC er kendt for sin ekstreme hårdhed (9 på Mohs-skalaen), slidstyrke, kemiske inaktivitet og varmeledningsevne – egenskaber, der gør det velegnet til anvendelser ved høje temperaturer, såsom ildfaste materialer. Desuden bevarer SiC sin styrke ved høje temperaturer, hvilket gør det til et fremragende materialevalg.

Edward Goodrich Acheson fremstillede for første gang med succes siliciumkarbid i 1891, da han opvarmede en blanding af ler (et aluminiumsilikat) og pulveriseret koks (kulstof). Han kaldte dette materiale for carborundum, en sammensætning af kul og diamant. Senere lykkedes det Henri Moissan at fremstille siliciumkarbid ved enten at opløse kulstof i flydende silicium eller ved at smelte calciumkarbid og silica sammen med det.

I dag er det meste siliciumkarbid, der sælges på verdensplan, syntetisk og fremstilles enten ved kalcinering af råblokke i en Barmac-kværn eller en Raymond-mølle og efterfølgende knusning til ultrafint pulver ved hjælp af sigtning. Sort siliciumkarbid forarbejdes efter strenge specifikationer til brug i præcise slibe-, polerings- og skridsikre anvendelser, til trådsavning af kvarts samt til belagte og bundne slibemidler.

Termisk ledningsevne

Siliciumkarbid (SiC) er en af de hårdeste, stærkeste og mest anvendelige kemiske forbindelser, mennesket kender til. SiC forekommer naturligt som moissanit-ædelsten i yderst sjældne former, men er siden 1893 blevet masseproduceret i pulver- og krystalform til brug som slibemiddel og industrielt materiale med fremragende styrke, sejhed og varmeledningsevne.

SiC består af tætpakkede Si- og C-atomer, der er arrangeret i tetraedre med fire atomer, hvilket skaber et usædvanligt hårdt og stærkt materiale. Det er modstandsdygtigt over for de fleste organiske syrer, uorganiske syrer og smeltede salte, bortset fra fluoridsyre og syrefluorider; dets unikke tetraedriske struktur giver desuden en enestående modstandsdygtighed over for termiske stød, hvilket gør det velegnet til anvendelse ved høje temperaturer.

Rent siliciumkarbid har en ekstremt høj varmeledningsevne ved stuetemperatur – ca. 490 Wm⁻¹ K⁻¹ – som skyldes fraværet af urenheder eller strukturelle defekter i krystalgitteret, mens polykrystallinsk SiC-keramik udviser betydeligt lavere varmeledningsevne på grund af kornens tilfældige orientering, sekundære faser med lavere varmeledningsevne ved korngrænserne eller urenheder i gitteret.

Foundry Service leverer både porøst og fuldt komprimeret b-SiC i et bredt udvalg af størrelser og kemiske sammensætninger, der imødekommer forskellige anvendelsesformål, såsom sandblæsning, skridsikre belægninger, belagte slibemidler, keramiske slibeskiver og ildfaste materialer. Alle de tilbudte materialer er uafhængigt certificeret som værende i overensstemmelse med de relevante standarder.

Korrosionsbestandig

Siliciumkarbidpulver udviser en enestående slidstyrke og korrosionsbeskyttelse og er desuden yderst ildfast med fremragende varmeledningsevne og lav udvidelseskoefficient – egenskaber, der gør det perfekt til industriel anvendelse. Siliciumkarbids lysegrå farve, der minder om diamantens hårdhed og tæthed, men som er mindre tilbøjelig til at revne eller ridse, gør det ideelt til brug som industrielt materiale.

Grafens elektriske egenskaber omfatter dets halvlederegenskaber og et bredt modstandsområde på tværs af sammensætninger – op til syv størrelsesordener mellem de forskellige sammensætninger. Det er uopløseligt i vand og alkohol, men har alligevel et smeltepunkt, der er højere end diamants. Desuden beskytter grafens meget høje modstandsdygtighed over for syre, slid og korrosion det godt; visse former for flussyre og salpetersyre ved højere temperaturer får det dog til at korrodere hurtigt.

Reaktionsbundet siliciumkarbid er typisk meget korrosionsbestandigt i kemiske anvendelser, med undtagelse af visse oxiderende syrer (såsom salpetersyre og fluoridsyre). Denne modstandsdygtighed skyldes materialets fremragende slidstyrke.

Reaktionsbundet siliciumkarbid kan let formes i forme ved at blande det med blødgører og vand til en opslæmning, hvorefter det støbes eller ekstruderes ved hjælp af valsning, filterpresse eller hydrostatisk tryk. Denne støbeproces skal foregå uden indblanding af calcium, da dette ellers ville forringe dets korrosionsbestandige egenskaber; for at opnå dette anvendes der ofte gipsforme i stedet for traditionelle sandbaserede forme som det foretrukne formmateriale.

Slidstyrke

Siliciumkarbid har en hårdhed på 9,1 på Mohs-skalaen, og denne hårdhed gør det ideelt til skæring i meget hårde materialer eller seje overflader såsom granit. Desuden gør dets høje skærehastighed og slidstyrke det til et populært valg ved fremstilling af slibeskiver, skæreværktøjer, sandpapir og til sandblæsningsprocesser.

Sort siliciumkarbidpulver anvendes ofte inden for keramik til præcis slibning af metal- og glasdele for at opnå nøjagtige dimensioner og glatte overflader, ofte i kombination med borcarbid for at opnå øget holdbarhed og ydeevne ved anvendelse ved høje temperaturer. Desuden er dette materiale nyttigt ved fremstillingen af avancerede ildfaste produkter, der anvendes i brancher som metallurgi, smeltning og støbning.

Siliciumkarbid er af afgørende betydning for luftfartsindustrien til fremstilling af motorkomponenter, der kan modstå ekstreme temperaturer og termiske stød, samt i solcellepaneler og brændselsceller, hvor det bidrager til at sprede varmen og dermed forbedre effektiviteten og levetiden. Siliciumkarbid spiller også en vigtig rolle inden for halvlederteknologi, hvor dets varmebestandighed gør det muligt at fremstille udstyr til bearbejdning af halvlederplader.

Nitridbundet siliciumkarbid er for nylig blevet testet under forskellige jordforhold for at fastslå dets slidstyrke. Analyser har vist, at let jord giver optimal slidstyrke; slidhastigheden kan dog stadig påvirkes af den ståltype, der anvendes til de bevægelige dele under disse forhold.