Piikarbidijauhe

SiC on ihanteellinen materiaali sähköajoneuvojen akkuvaihtosuuntaajissa, koska se kestää korkeita jännitteitä ja tarjoaa samalla tehokkaampaa energiansäästöä ja pidempiä ajomatkoja.

Vaikka piikarbidia (SiC) esiintyy luonnossa pieniä määriä meteoriiteissa, korundiesiintymissä ja kimberliitissä, suurin osa nykyisin myytävästä piikarbidista on synteettisesti tuotettua, kovaa ja haurasta materiaalia, jolla on ainutlaatuiset fyysiset ominaisuudet.

Kovuus

Piikarbidi, josta käytetään usein lyhennettä SiC, on piin ja hiilen erittäin kova kiteinen yhdiste, jota on valmistettu massatuotantona 1800-luvun lopusta lähtien käytettäväksi hioma-aineina ja erilaisiin teollisiin tarkoituksiin, kuten uunien tulenkestäviksi vuorauksiksi tai teollisuusuunien lämmityselementeiksi, pumppujen ja rakettimoottoreiden kulutusta kestäviksi osiksi sekä puolijohdealustaksi valodiodien (LED) valmistukseen.

SiC tunnetaan äärimmäisestä kovuudestaan (9 Mohsin asteikolla), kulutuskestävyydestään, kemiallisesta inerttiydestään ja lämmönjohtavuudestaan - ominaisuuksista, jotka tekevät siitä sopivan korkean lämpötilan sovelluksiin, kuten tulenkestäviin aineisiin. Lisäksi SiC:n lujuus säilyy korkeissa lämpötiloissa, mikä tekee siitä erinomaisen materiaalivalinnan.

Edward Goodrich Acheson valmisti piikarbidia ensimmäisen kerran onnistuneesti vuonna 1891, kun hän lämmitti saven (alumiinisilikaatti) ja jauhemaisen koksin (hiili) seosta. Hän kutsui tätä materiaalia karborundiksi, hiilen ja timantin amalgaamiksi. Myöhemmin Henri Moissan onnistui luomaan piikarbidia joko liuottamalla hiiltä nestemäiseen piihin tai sulattamalla kalsiumkarbidia ja piidioksidia siihen.

Nykyään suurin osa maailmanlaajuisesti myydystä piikarbidista on synteettistä, ja se valmistetaan joko kalsinoimalla vihreitä lohkoja Barmac-myllyssä tai Raymond-myllyssä ja murskaamalla ne sitten erittäin hienoksi jauheeksi seulomalla. Mustaa piikarbidia jalostetaan tarkkojen eritelmien mukaisesti, jotta se soveltuu tarkkoihin läppaus-, kiillotus- ja liukastumattomuussovelluksiin, kvartsilankasahaukseen sekä päällystettyihin ja sidottuihin hioma-aineisiin.

Lämmönjohtavuus

Piikarbidi (SiC) on yksi kovimmista, vahvimmista ja käyttökelpoisimmista kemiallisista yhdisteistä. SiC:tä esiintyy luonnostaan moissanite-jalokivinä erittäin harvinaisissa muodoissa, mutta sitä on tuotettu massatuotantona vuodesta 1893 lähtien jauheena ja kiteinä käytettäväksi hioma- ja teollisuusmateriaalina, jolla on erinomaiset lujuus-, sitkeys- ja lämmönjohtavuusominaisuudet.

SiC koostuu tiiviisti pakatuista Si- ja C-atomeista, jotka on järjestetty neljän atomin koordinaatiotetraedereihin, mikä tekee siitä poikkeuksellisen kovan ja lujan materiaalin. Se kestää useimpia orgaanisia happoja, epäorgaanisia happoja ja sulaneita suoloja lukuun ottamatta fluorivetyhappoa ja happamia fluorideja; sen ainutlaatuinen tetraedrinen rakenne antaa myös poikkeuksellisen lämpöshokkikestävyyden korkeissa lämpötiloissa käytettäväksi.

Puhtaalla piikarbidilla on erittäin korkea lämmönjohtavuus huoneenlämmössä - noin 490 Wm-1 K-1, koska sen kideruudussa ei ole epäpuhtauksia tai rakenteellisia vikoja - kun taas monikiteisillä piikarbidikeramiikoilla on huomattavasti alhaisempi lämmönjohtavuus, joka johtuu rakeiden satunnaisesta suuntautumisesta, toissijaisista faaseista, joilla on alhaisempi lämmönjohtavuus raerajoilla, tai ruudukon epäpuhtauksista.

Foundry Service tarjoaa sekä huokoista että täysin tiivistettyä b-SiC:tä monenlaisina kokoisina ja kemiallisina koostumuksina erilaisiin sovelluksiin, kuten hiomapuhallukseen, liukastumisenestopinnoitteisiin, pinnoitettuihin hioma-aineisiin, keraamisiin hiomalaikkoihin ja tulenkestäviin aineisiin. Kaikki tarjotut materiaalit on riippumattomasti sertifioitu asiaankuuluvien standardien mukaisiksi.

Kestää korroosiota

Piikarbidijauhe tarjoaa poikkeuksellisen hyvän kulutuskestävyyden ja korroosiosuojauksen, minkä lisäksi se on erittäin tulenkestävää, sillä se on erinomaisen lämmönjohtava ja sillä on alhainen laajenemiskerroin - ominaisuuksia, jotka tekevät siitä täydellisen teolliseen käyttöön. Piikarbidin vaaleanharmaa värisävy, joka muistuttaa timantin kovuutta ja tiheyttä, mutta joka ei kuitenkaan halkeile tai naarmuunnu niin helposti, tekee siitä ihanteellisen teollisuusmateriaalin.

Grafeenin sähköisiin ominaisuuksiin kuuluvat sen puolijohdeominaisuudet ja laaja resistanssin vaihteluväli eri koostumusten välillä - jopa seitsemän suuruusluokkaa eri koostumusten välillä. Se on liukenematon veteen ja alkoholiin, mutta sen sulamispiste on korkeampi kuin timantin. Lisäksi grafeeni kestää hyvin happoja, hankausta ja korroosiota, mutta tietyt fluorivetyhapot ja typpihapot korkeammissa lämpötiloissa aiheuttavat sen nopean syöpymisen.

Reaktiosidottu piikarbidi kestää tyypillisesti hyvin korroosiota kemiallisissa sovelluksissa, lukuun ottamatta tiettyjä hapettavia happoja (kuten typpi- ja fluorivetyhappoja). Tämä kestävyys johtuu sen erinomaisesta kulutuskestävyydestä.

Reaktiosidottu piikarbidi voidaan helposti muotoilla muotteihin sekoittamalla se pehmittimen ja veden kanssa lietteeksi, jonka jälkeen se valetaan tai puristetaan valssaamalla, suodatinpuristimella tai hydrostaattisella paineella. Tämä muovausprosessi on suoritettava ilman kalsiumin vaikutusta, joka muutoin häiritsisi sen korroosionkestäviä ominaisuuksia; tämän tehtävän suorittamiseksi käytetään usein kipsimuotteja perinteisten hiekkapohjaisten muottien sijasta valittuna muottimateriaalina.

Hiontakestävyys

Piikarbidi on Mohsin asteikolla 9,1, ja sen kovuus tekee siitä ihanteellisen erittäin kovien materiaalien tai kovien pintojen, kuten graniitin, leikkaamiseen. Lisäksi sen nopea leikkausnopeus ja kulutuskestävyys tekevät siitä käytetyn hiomalaikkojen, leikkaustyökalujen, hiekkapaperin ja hiekkapuhallusprosessien valmistuksessa.

Mustaa piikarbidijauhetta käytetään usein keramiikassa metalli- ja lasiosien tarkkaan hiontaan tarkkojen mittojen ja sileiden pintojen aikaansaamiseksi, ja se yhdistetään usein boorikarbidin kanssa kestävyyden ja suorituskyvyn parantamiseksi korkean lämpötilan sovelluksissa. Lisäksi tämä materiaali on hyödyllinen edistyksellisten tulenkestävien tuotteiden valmistuksessa, joita käytetään esimerkiksi metallurgian, sulatuksen ja valun kaltaisilla teollisuudenaloilla.

Piikarbidi on välttämätöntä ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, sillä se tuottaa moottorin komponentteja, jotka kestävät äärimmäisiä lämpötiloja ja lämpöshokkeja, ja aurinkopaneeleissa ja polttokennoissa, joissa se hajottaa lämpöä tehokkuuden ja käyttöiän parantamiseksi. Piikarbidilla on merkittävä rooli myös puolijohdeteknologiassa, jossa sen lämmönkestävyys mahdollistaa kiekkojen käsittelylaitteet.

Nitridiin sidottua piikarbidia testattiin äskettäin erilaisissa maaperäolosuhteissa sen kulutuskestävyyden määrittämiseksi. Analyysi osoitti, että kevyt maaperä tarjoaa optimaalisen kulutuskestävyyden; kulumisnopeuteen voi kuitenkin vaikuttaa näissä olosuhteissa työosissa käytetty terästyyppi.