Piikarbidi Sovellukset

Piikarbidi on erittäin käyttökelpoinen materiaali, jolla on sovelluksia lukuisilla teollisuudenaloilla. Vaikka piikarbidia (SC) esiintyy luonnostaan moissaniittimineraaliesiintyminä, suurin osa sen tuotannosta tapahtuu nykyään synteettisesti.

Korkean murtojännitteen ja alhaisen käynnistysresistanssin ansiosta piikiekot ovat erinomaisia komponentteja puolijohdekomponentteihin. Lisäksi niiden korroosionkestävyys takaa, että ne kestävät korkeita lämpötiloja ja korroosioon liittyviä ongelmia.

Hiomatyökalut

Piikarbidi (yleisesti "karborundi") on kestävä keraaminen materiaali, jolla on poikkeukselliset korkean lämpötilan lujuus- ja lämpölaajenemisominaisuudet. Näin ollen sitä käytetään laajalti hiomapuhallussovelluksissa, joissa tarvitaan kestäviä ja pitkäikäisiä aineita ruosteen poistamiseen, tuotteiden valmisteluun maalausta varten tai vanhojen pinnoitteiden poistamiseen pinnoilta. Muodostetaan tavallisesti kulmikkaaksi jyvänmuotoiseksi rakeeksi, ennen kuin se kuumennetaan 1200-1400 asteessa, jotta se voidaan liittää irtonaisiksi tai kiinteiksi hiomatuotteiksi.

Piikarbidihiontatuotteet valmistetaan karbotermisen pelkistyksen avulla. Tätä varten puhtaan piihiekan, koksin ja suolan seosta kuumennetaan sähkövastuksella toimivassa uunissa, kunnes niiden hiilipitoinen aines toimii elektrodina ja sitoutuu kemiallisesti piimolekyylien kanssa muodostaen karborundumhiekkaa. Kuumennuksen jälkeen tämä raakahiekka jauhetaan edelleen, minkä jälkeen se luokitellaan hiukkaskokoluokkiin, jolloin varmistetaan, että tuotetut tuotteet täyttävät teollisuuden ja asiakkaiden erityistarpeet.

Piikarbidi erottuu muista hiomateriaaleistaan erittäin kovana, sillä se on Mohsin asteikolla 9 (vain timantti ja boorikarbidi ylittävät sen). Poikkeuksellisen kovuutensa ansiosta piikarbidi on ihanteellinen materiaali kovien ja hauraiden materiaalien leikkaamiseen tai hiontaan mahdollisimman pienellä voimalla.

Piikarbidihionta-aineita voidaan käyttää räjäytyssovelluksissa, ja ne soveltuvat erinomaisesti metallien, kiven, lasin, korkin, puun ja muovin hiontaan ja hiontaan. Vaikka ne eivät ole yhtä kimmoisia kuin alumiinioksidista valmistetut vastineensa, niiden terävät hiomarakeet mahdollistavat kevyiden painesovellusten helpon leikkaamisen näiden materiaalien läpi. Piikarbidia on myös hiomalaikoissa, hiomapaperissa, lasitetuissa ja resinoidihiomakiekkoissa sekä hiekkapuhallussuuttimissa.

Leikkaustyökalut

Piikarbidia käytetään laajalti hiomamateriaalina hiomalaikoissa, leikkuutyökaluissa, hiekkapaperissa ja keraamisten tuotteiden valmistusprosesseissa. Myös keramiikassa hyödynnetään tätä erittäin kovaa materiaalia, sillä sen kovuuden ansiosta sitä voidaan työstää tai veistää erilaisilla työkaluilla erityismuotojen tai -viimeistelyn aikaansaamiseksi. Kustannustehokkuutensa ja kulutuskestävyytensä ansiosta siitä on tullut houkutteleva materiaalivalinta pitkäikäisten hiomamateriaalien, kuten hiomalaikkojen, valmistukseen.

Piikarbidia käytetään yleisesti poraus- ja koneistustyökalujen, kuten massiiviporien ja kierrepäällystysporien, valmistukseen, kun leikataan metalleja, kuten teräksiä ja alumiiniseoksia, sekä korkean lämpötilan materiaaleja, kuten titaania tai nikkeliseoksia. Kovuutensa ansiosta nämä materiaalit vaurioittavat näitä työkaluja harvoin edes suurten nopeuksien työstöoperaatioissa.

Piikarbidilla on korkea sulamispiste ja lämmönjohtavuus, minkä ansiosta se kestää hyvin hankausta, korroosiota ja muita työstöprosesseihin liittyviä kemiallisia prosesseja. Näin ollen sen kestävyyden ansiosta sillä voidaan leikata erilaisia materiaaleja metalleista ja komposiiteista keramiikkaan.

Zirkoniumoksidilla karkaistu alumiinioksidi ja kromivahvisteinen alumiinioksidi ovat esimerkkejä keraamisista materiaaleista, jotka ovat osoittautuneet volframikarbidia paremmiksi kovien ja hauraiden materiaalien leikkuutyökaluissa, koska niiden kovuus, puristuslujuus, kemiallinen inerttiys korkeissa lämpötiloissa ja lämmönjohtavuus ovat korkeampia ja mahdollistavat lämmön nopeamman poistumisen, mikä vähentää työkappaleiden lämpövaurioiden todennäköisyyttä ja pidentää työkalujen käyttöikää [3]. [4,5]

Lämmönkestävät materiaalit

Piikarbidi on monipuolinen materiaali, jota käytetään sovelluksissa, jotka vaihtelevat hioma-aineista ja tulenkestävistä aineista keramiikkaan ja korkean suorituskyvyn sovelluksiin. Piikarbidilla vahvistetuista metalli- ja polymeeriosista koostuvat keraamiset matriisikomposiitit voivat lisätä suorituskykyä ja tarjota samalla lämmönkestävyyttä; keraamisella vahvistetut alumiiniseokset tarjoavat kaksi kertaa suuremman lujuuden ja 20% suuremman lämmönkestävyyden kuin puhtaat alumiiniseokset ja ovat samalla kaksi kolmasosaa kevyempiä.

SiC on erittäin kova ja kemiallisesti kestävä materiaali. Sillä on erinomainen lämmönjohtavuus, hyvä kulumiskestävyys ja lämmönjohtavuusominaisuudet; vain timantti ja boorikarbidi voivat verrata sitä kovuudessa. Koska SiC:ssä yhdistyvät nämä ominaisuudet, se on ihanteellinen materiaalivalinta tuotettaessa keraamisia hiomatuotteita, kuten hiomalaikkoja ja leikkuutyökaluja; lisäksi sitä käytetään usein tulenkestävissä materiaaleissa ja keramiikassa, koska siinä yhdistyvät lämmönkestävyys (korkea lämmönkestävyys) ja mekaaninen kestävyys (kulutuskestävyys).

Piikarbidin ainutlaatuiset ominaisuudet tekevät siitä houkuttelevan materiaalin suurnopeusteholaitteiden valmistukseen, mukaan lukien korkea kriittinen lumivyöryläpläjäyskenttä ja leveä kaistaväli, jotka mahdollistavat suuremman tehon tuottamisen pienemmällä määrällä sarjaan kytkettyjä laitteita, mikä vähentää kustannuksia ja järjestelmän monimutkaisuutta, kun taas sen alhainen tilaresistanssi rajoittaa muuntohäviöitä ja lisää laitteen luotettavuutta.

SiC:lle on ominaista pii- ja hiiliatomien yhdistelmä sen rakenteessa, mikä antaa sille ainutlaatuiset sähkö- ja lämpöominaisuudet. Se on inertti happoja ja emäksiä sekä korkeita lämpötiloja kohtaan, ja valmistusmenetelmiin kuuluvat reaktioliimaus sekä tavanomaiset keraamiset prosessit, kuten kuumapuristus ja paineeton sintraus. Sen sintrausprosessi on suhteellisen suoraviivainen, ja sen tuloksena syntyy sintrattuja kappaleita, joilla on korkeat mekaaniset ominaisuudet ja joiden loppumikrorakennetta voidaan hallita sintrauksen apuaineen valinnalla, sideaineen lisäämisellä sekä puristus- ja sintrausolosuhteilla.

Kulutusta kestävät materiaalit

Piikarbidi on erittäin kova materiaali, jolla on erinomainen kulutuskestävyys ja mekaaninen lujuus, joten se soveltuu erilaisiin sovelluksiin laajalla lämpötila-alueella. Lisäksi sen vahva puristuslujuus lisää kestävyyttä ajan mittaan mahdollisesti esiintyvää mekaanista rasitusta vastaan, joten se on ihanteellinen materiaali teollisiin käyttötarkoituksiin, joissa voi esiintyä suuria kuormia tai nopeita nopeuksia.

Piikarbidi (SiC) on yksi kevyimmistä ja kovimmista keraamisista materiaaleista. Sen kerroksellinen kiderakenne koostuu pii- ja hiiliatomeista, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa tetraedrisen sidosrakenteen avulla muodostaen erilaisia polytyyppejä, joilla on erilaiset ominaisuudet; alfa-muotoa (a-SiC), jonka kuusikulmainen kiderakenne muistuttaa wurtziittia, tavataan yleisesti teollisissa sovelluksissa, kun taas beta-muoto (zn blende -kiderakenne) on harvinaisempi.

Piikarbidin kulutuskestävyys on parempi kuin terästyyppien, mutta nitridiin sidotun piikarbidin iskunkestävyys on paljon heikompi, mikä rajoittaa sen laajaa käyttöä maaperän työstettävissä osissa.

Reaktiosidottu piikarbidikomposiittimateriaali (RBSC) on suunniteltu sovelluksiin, joissa vaaditaan poikkeuksellista kulutuskestävyyttä, erinomaisia tulenkestävyysominaisuuksia, kemiallista vakautta ja vahvaa lujuus-painosuhdetta. RBSC voidaan muotoilla monimutkaisiksi muodoiksi, joilla on erinomainen lujuus-painosuhde ja jotka ovat samalla hapettumisen ja lämpötilan kestäviä - ihanteellinen materiaali tulenkestävien materiaalien hiontaan ja leikkaamiseen. Sitä käytetään yleisesti tähän tehtävään käytettävissä hiomakoneissa.

Korkean lämpötilan materiaalit

Materiaalin valinta vaativiin sovelluksiin edellyttää materiaalien valintaa, joilla on korkea lämpö- ja kemikaalinkestävyys; piikarbidista on tullut tästä syystä yksi kaivostoiminnan, öljynjalostustoiminnan ja pumppulaitosten suosituimmista valinnoista.

Erinomaisen lämpötilakestävyytensä ansiosta keraaminen materiaali tarjoaa poikkeuksellisen lujuuden ja eheyden myös korkeissa lämpötiloissa. Lisäksi sen korroosion- ja kemikaalinkestävyys tekee siitä erinomaisen valinnan käytettäväksi ympäristöissä, joissa vaaditaan korkeaa puhtausastetta, kuten puolijohteiden valmistuksessa.

Piikarbidin ominaisuudet teknisenä keraamisena aineena määräytyvät sen kiderakenteen mukaan; monityypit voivat olla ominaisuuksiltaan erilaisia kaistanleveyden eroista johtuen. Kaistaläpimitta määrittää, miten valo voidaan absorboida tai emittoida materiaaleista; materiaaleilla, joilla on leveä kaistaläpimitta, on yleensä korkeampi läpäisykyky, kun taas kapeamman kaistaläpimitan omaavilla materiaaleilla läpäisykyky on tyypillisesti heikompi.

Piikarbidin lämmönjohtavuus, joka on jopa 4,9 wattia neliömetriä kohti Kelvinissä, on yksi sen tärkeimmistä ominaisuuksista monissa sovelluksissa, sillä sen ansiosta materiaali kestää helposti korkean lämpötilan ympäristöjä. Tämä ominaisuus on erityisen tärkeä käytettäessä tulenkestäviä materiaaleja tai kulutusta kestäviä osia, joissa korkea lämmönkestävyys on ratkaisevan tärkeää.

Piikarbidin korkeampi jännitekestävyys piihin verrattuna tekee siitä houkuttelevan materiaalivalinnan korkeajännitteisiin sähkökomponentteihin, kuten puolijohteisiin ja paineantureihin, joissa voi esiintyä halkeilua korkeammissa jännitteissä; sen kestävyys ylittää 1000 V:n järjestelmäjärjestelmät 10-kertaisesti piihin ja galliumnitridiin verrattuna.