Piikarbidi CTe

Piikarbidi-cte on yksi markkinoiden kevyimmistä, kovimmista ja vahvimmista keraamisista materiaaleista. Se kestää erinomaisesti happoja sekä on lämmönjohtavuudeltaan ja lämpölaajenemisnopeudeltaan alhainen, ja se kestää äärimmäisiä lämpötiloja ilman lämpölaajenemisongelmia.

Kiteisessä grafeenissa on kerroksellinen kiderakenne, ja sitä on useita eri polytyyppejä, jotka eroavat toisistaan vain kerrosten pinoamisjärjestyksen perusteella. Kaikilla on erilaiset elektroniset kaistanleveydet; näistä modifikaatioista beta-modifikaatiolla on erityisen houkuttelevia ominaisuuksia.

Mekaaniset ominaisuudet

Piikarbidi (SiC) on poikkeuksellinen tekninen keraaminen materiaali, joka on noussut välttämättömäksi materiaaliksi nykyaikaisissa teknisissä sovelluksissa. Tämä mustanharmaasta harmaaseen vaihteleva materiaali on tiheämpää kuin monet tavalliset keraamiset mutta vähemmän tiheää kuin monet metallit. SiC:llä on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet ja lämpöstabiilisuus, joten se on erinomainen ratkaisu haastavissa ympäristöissä, joissa perinteiset materiaalit saattavat pettää.

Piikarbidi cte koostuu hiili- ja piiatomien välisistä sidoksista, jotka muodostavat erittäin kestävän ja vahvan materiaalin, jolla on erinomaiset kulutuksenkesto- ja hapettumisenkesto-ominaisuudet ja joka toimii luotettavasti äärimmäisissä ympäristöissä, kuten uuneissa, sulatetuissa metalleissa ja petrokemian teollisuudessa.

Ylivoimaisen kemiallisen inerttiyden ansiosta polykarbonaatti soveltuu erinomaisesti turvalliseen työskentelyyn ankarissa kemiallisissa ympäristöissä, joissa hauraammat materiaalit hajoaisivat nopeasti, kuten teräksen, petrokemian ja keraamisten tuotteiden valmistuksessa, jossa kemiallisia yhdisteitä käytetään usein raaka-aineina tai katalyytteinä tuotteiden toiminnan edistämiseksi. Tämän ominaisuuden ansiosta polykarbonaatti soveltuu erityisen hyvin luotettavaan työskentelyyn näissä olosuhteissa.

Piikarbidikeramiikka tunnetaan erittäin kestävänä, sillä sen Youngin moduuli on suurempi kuin useimmilla keraamisilla materiaaleilla, joten se kestää iskuja, jotka muutoin saattaisivat murtua tai halkeilla heikompilaatuisissa materiaaleissa, ja suojaa murtumilta tai halkeamilta, jotka johtuvat iskuista, jotka murskaisivat heikompilaatuisia materiaaleja, kuten myllyjä, hiomakoneita, paisuttimia tai puristimia. Tämän ominaisuuden vuoksi sitä on alettu käyttää yleisesti myllyissä, hiomakoneissa, paisuttimissa tai ekstruudereissa, joissa voi esiintyä kulumis- ja repeämisvaurioita.

Piikarbidi kestää teollisuudessa käytettävänä keraamisena aineena kovia ympäristöolosuhteita, kuten äärimmäisiä lämpötiloja, kemiallista korroosiota ja hankausta. Lisäksi tämä erittäin kestävä keramiikka kestää suuria mekaanisia rasituksia, sillä se kestää jopa 240 MPa:n painetta ja 10 GPa:n vetolujuutta.

Kuten muillakin teknisillä keraameilla, piikarbidilla on erittäin alhainen lämpölaajenemiskerroin (CTE), minkä ansiosta se säilyttää rakenteensa lämpötilan vaihteluille altistuneena. Tämä ominaisuus tekee piikarbidista olennaisen tärkeän puolijohdesovelluksissa, joissa suurten tehotasojen on toimittava voimakkaissa lämpötilanvaihteluissa. Lisäksi piikarbidilla on poikkeuksellinen mekaaninen lujuus - yli 400 MPa:n Youngin moduuli takaa hyvän mittapysyvyyden.

Lämpöominaisuudet

Piikarbidi on erittäin luja ja joustava materiaali, joka kestää äärimmäisiä lämpötiloja ja on kemiallisesti inertti ja palamaton, joten se on ihanteellinen materiaali vaativiin olosuhteisiin, kuten 3D-tulostukseen, ballistiikan tuotantoon, energiateknologiaan tai paperinvalmistukseen. Lisäksi piikarbidin myrkyllisyys on alhainen, joten se soveltuu moniin sellaisiin sovelluksiin, joissa metallit eivät muuten toimisi.

Piikarbidi CTE tarjoaa erinomaiset lämpöominaisuudet käytettäväksi korkeissa lämpötiloissa, kuten puolijohteissa ja elektroniikkalaitteissa. Sen erinomainen lämpötilavakaus auttaa estämään laitteiden kuumien pisteiden aiheuttaman hajoamisen, kun taas sen alhainen lämpölaajeneminen kestää suuria muutoksia ilman, että liitokset rasittuvat tai halkeilevat - tuloksena on luotettava suorituskyky korkeissa lämpötiloissa. SiC:llä on huomattavasti pienempi lämpölaajenemiskerroin (CTE), joten se kestää tällaista rasitusta luotettavammin kuin metallimateriaalit.

Historialliset menetelmät piikarbidin valmistamiseksi sisälsivät saven (alumiinisilikaatin) ja jauhemaisen koksin seoksen kuumentamisen rautakupissa, ja Edward Goodrich Acheson sai kunnian suurten määrien tuottamisesta vuonna 1891; hänen tuotteensa tunnettiin nimellä carborundum. Nykyään sen valmistukseen voidaan kuitenkin käyttää myös hiilen liuottamista nestemäiseen piihin tai kalsiumkarbidin ja piidioksidin sulattamista yhteen tai sähköuunien käyttämistä piin pelkistämiseen hiilen kanssa.

Piikarbidi on erinomainen lämmönjohdin, jonka lämmönjohtavuus on noin kaksinkertainen puhtaaseen kupariin verrattuna, lämpölaajeneminen on vähäistä ja se kestää lämpöshokkeja.

Piikarbidi on suosittu tulenkestävä materiaali lujuutensa, jäykkyytensä ja lämpöominaisuuksiensa ansiosta; se on Mohsin kovuusasteikolla yhdeksäs, alumiinioksidin yläpuolella mutta timantin alapuolella. Tämän monipuolisuutensa ansiosta se on erinomainen valinta tähtitieteellisten teleskooppien peileiksi.

Huokoisen piikarbidin lämpöominaisuuksia voidaan parantaa lisäämällä lisäaineita, kuten booria tai magnesiumia, mikä parantaa tulenkestävyyttä ja kimmomoduulia ja parantaa suorituskykyä vaativissa ympäristöissä.

Kemialliset ominaisuudet

Piikarbidi (SiC), jota yleisesti kutsutaan karborundiksi, on yksi tärkeimmistä teollisista keraamisista materiaaleista. Edward Acheson valmisti sitä ensimmäisen kerran synteettisesti vuonna 1891, ja se on yksi maailman kovimmista aineista - Mohsin kovuusasteikolla se on toiseksi kovinta timantin jälkeen - ja se kestää hyvin korroosiota ja kulutusta sekä poikkeuksellisen hyvin lämpöshokkeja - ominaisuuksia, joiden ansiosta se on korvaamaton osa teollisuus- ja sotilaslaitteita.

SiC on inertti materiaali, joka koostuu hiili- ja piiatomien välisistä vahvoista sidoksista, jotka antavat sille poikkeuksellisen kovuuden, mekaanisen lujuuden, korkean sulamis- ja kiehumispisteen, alhaisen tiheyden ja lämmönjohtavuuden. SiC:n suuri kemiallinen inertia mahdollistaa sen, että se kestää suolojen, happojen, emästen ja kuonien aiheuttamaa korroosiota ja pysyy normaaliolosuhteissa ilman tai höyryn vaikutuksen alaisena - vaikka nopea hapettuminen voi tapahtua nopeasti, kun se altistuu happamille ympäristöille tai kuumennetaan korkeammissa lämpötiloissa.

SiC:llä on monia erilaisia kemiallisia ominaisuuksia, jotka riippuvat sen kiderakenteesta ja koostumuksesta. SiC:n eri polytyypeillä eli kidemuodoilla on erilaiset puolijohdeominaisuudet, jotka riippuvat rakenteesta ja suuntautumisesta hilarakenteen sisällä - esimerkiksi 6H-SiC:llä on huomattavasti suurempi elektronien liikkuvuus kuin 3C- ja 4H-muotoisella materiaalilla.

Piikarbidilla on vaikuttavia fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä erinomaisen materiaalin ydinreaktoreissa käytettäväksi, kuten se, että se on reagoimaton, sillä sen neutronipoikkileikkaukset ovat alhaiset ja se kestää erinomaisesti säteilyvaurioita. Näin ollen piikarbidi on erinomainen materiaalivalinta.

SiC:tä esiintyy luonnossa mustana mineraalina nimeltä moissanite, jota on vain hyvin rajallisia määriä korundiesiintymissä ja kimberliittiputkissa, mutta sitä voidaan myös syntetisoida keinotekoisesti laboratorioissa. Suurin osa luonnossa esiintyvästä moissanitista louhitaan Diablo Canyonissa Arizonassa, jossa sitä käytetään synteettisten timanttien valmistukseen - vaikka muita lähteitä ovat meteoriitit ja hiekkakivi. Suurin osa maailmanlaajuisesti myydystä SiC:stä tuotetaan synteettisesti käytettäväksi hioma-aineena, teräksen lisäaineena, rakennekeramiikan komponenttina tai puolijohde-elektroniikan komponenttina - eniten maailmanlaajuisesti myytyä SiC:tä tuotetaan kuitenkin synteettisesti puolijohde-elektroniikan komponentteja ja sovelluksia varten.

Sähköiset ominaisuudet

Kiteisessä muodossaan piikarbidi on laajakaistaisen energiakaistan puolijohde, jolla on houkutteleva luontainen ominaisuusprofiili, kuten poikkeuksellisen suuri sähköinen läpilyöntikenttä ja varauksenkuljettajien nopea kyllästymisnopeus. Lisäksi piikarbidin lämmönjohtavuus on kolme kertaa suurempi kuin piin ja se on inertti kemikaaleille, mikä tekee siitä erinomaisen materiaalivalinnan sähkö- ja optoelektronisiin sovelluksiin.

Piikarbidin monipuoliset ominaisuudet tekevät siitä keskeisen rakennusaineen nykyaikaisissa teknologisissa ja teollisissa sovelluksissa, joissa tarvitaan vakautta, tehokkuutta ja kestävyyttä. Sen kyky kestää äärimmäisiä lämpötiloja ja kemiallisia reaktioita tekee siitä korvaamattoman arvokkaan komponentin kehittyneissä järjestelmissä, jotka toimivat ääriolosuhteissa.

Piikarbidilla on epätavallinen kiderakenne, jolle on ominaista hiili- ja piiatomien väliset vahvat kemialliset sidokset, joiden ansiosta se on kovaa, kemiallisesti inerttiä, lämpöstabiilia ja lämmönjohtavaa, mikä tekee siitä sopivan äärimmäisiin ympäristöihin.

SiC eroaa monista keraameista siinä, että se ei menetä lujuuttaan eri lämpötiloissa ja pysyy ehjänä myös vaikeissa ympäristöolosuhteissa. Lisäksi se on inertti ympäristössään esiintyville hapoille ja kemikaaleille, mikä vähentää mekaanisten komponenttien tai koville ympäristöolosuhteille altistuvien ympäristöjen vaurioitumismahdollisuuksia.

Kemiallisesti katsottuna keramiikan erityisin ominaisuus on sen liukenemattomuus veteen ja alkoholiin - tämä ominaisuus erottaa sen tavallisista keraamisista materiaaleista sekä joistakin metalleista ja osoittaa sen kestävyyden ankarissa kemiallisissa ympäristöissä.

Piikarbidi erottuu edukseen alhaisella lämpölaajenemiskertoimellaan ja poikkeuksellisella lujuudellaan korkeissa lämpötiloissa, minkä ansiosta se soveltuu erinomaisesti vaativiin sovelluksiin ja korkean teknologian ympäristöihin. Lisäksi sen liukenemattomuus tekee siitä älykkään valinnan korkeissa paineolosuhteissa, joissa muut materiaalit rapautuisivat tai hajoaisivat ajan myötä.

Piikarbidilla on monia sovelluksia dynaamisessa tiivistystekniikassa, kuten kitkalaakereissa ja mekaanisissa tiivisteissä, joita käytetään pumpuissa ja käyttöjärjestelmissä. Lisäksi piikarbidia käytetään myös ballistisessa tekniikassa, energiatekniikassa, paperinvalmistusprosesseissa ja putkijärjestelmien komponentteina. Lisäksi tämä materiaali on houkutteleva materiaalivalinta 3D-tulostukseen, koska sen työkalujen käyttöikä on poikkeuksellisen pitkä vaativissa kuumissa korkeapaineolosuhteissa.