Aplikasi Silikon Karbida

Silikon karbida adalah bahan yang sangat berguna dengan aplikasi di berbagai industri. Meskipun secara alami ditemukan sebagai endapan mineral moissanite, sebagian besar produksi Silikon Karbida (SC) saat ini dilakukan secara sintetis.

Dengan tegangan putus yang tinggi dan resistansi penyalaan yang rendah, wafer silikon merupakan komponen yang sangat baik untuk perangkat semikonduktor. Selain itu, ketahanan korosinya memastikannya dapat bertahan pada suhu tinggi serta masalah terkait korosi.

Alat-alat Abrasif

Silikon karbida (umumnya disebut sebagai "carborundum") adalah bahan keramik yang tahan lama dengan kekuatan suhu tinggi dan sifat ekspansi termal yang luar biasa. Oleh karena itu, bahan ini banyak digunakan untuk aplikasi peledakan abrasif yang membutuhkan media tahan lama yang tahan lama untuk membersihkan karat atau menyiapkan produk untuk pengecatan atau mengupas lapisan lama dari permukaan. Umumnya dibentuk menjadi pasir berbentuk butiran bersudut sebelum dipanaskan pada suhu 1200-1400 derajat F untuk diikat menjadi produk abrasif yang longgar atau padat.

Bahan abrasif silikon karbida diproduksi melalui proses yang dikenal sebagai reduksi karbotermal. Untuk melakukan hal ini, campuran pasir silika murni, kokas, dan garam dipanaskan dalam tungku tahan listrik hingga materi karbonnya bertindak sebagai elektroda dan secara kimiawi berikatan dengan molekul silika untuk membentuk pasir karborundum. Setelah selesai dipanaskan, pasir hijau ini digiling lebih lanjut sebelum klasifikasi ukuran partikel memastikan produk yang dihasilkan memenuhi kebutuhan industri dan pelanggan tertentu.

Silikon karbida menonjol di antara bahan abrasif lainnya karena sangat keras, menempati peringkat 9 dalam skala Mohs (hanya dilampaui oleh berlian dan boron karbida). Karena kekerasannya yang luar biasa ini, silikon karbida menjadi bahan yang ideal untuk memotong atau menggiling material yang keras dan rapuh dengan kekuatan minimal yang dibutuhkan.

Selain penggunaannya dalam aplikasi peledakan, abrasive silikon karbida merupakan pilihan ideal untuk pengamplasan dan penggerindaan logam, batu, kaca, gabus, bahan kayu, dan plastik. Meskipun kurang tangguh dibandingkan dengan aluminium oksida, butiran abrasifnya yang sangat tajam memungkinkan aplikasi tekanan ringan untuk memotong bahan-bahan ini dengan mudah. Silikon karbida juga dapat ditemukan pada roda gerinda, amplas, roda gerinda vitrifikasi dan resinoid, serta nozel sandblast.

Alat Pemotong

Silikon karbida banyak digunakan sebagai bahan abrasif pada roda gerinda, alat pemotong, amplas dan proses produksi keramik. Keramik juga memanfaatkan bahan yang sangat keras ini dengan baik - karena kekerasannya memungkinkan untuk dikerjakan atau diukir dengan menggunakan berbagai alat untuk bentuk atau hasil akhir tertentu. Karena efisiensi biaya dan ketahanan ausnya, keramik menjadi pilihan material yang menarik untuk membuat material abrasif jangka panjang seperti roda gerinda.

Silikon karbida umumnya digunakan untuk membuat alat pengeboran dan permesinan, termasuk bor padat dan bor sisipan yang dapat diindeks, untuk memotong logam seperti baja dan paduan aluminium, serta bahan bersuhu tinggi seperti paduan titanium atau nikel. Berkat kekerasannya, material ini jarang merusak perkakas ini bahkan selama operasi pemesinan berkecepatan tinggi.

Silikon karbida memiliki titik leleh dan konduktivitas termal yang tinggi, sehingga sangat tahan terhadap abrasi, korosi, dan proses kimiawi lainnya yang terkait dengan proses pemesinan. Dengan demikian, ketahanannya memungkinkannya untuk memotong berbagai bahan, dari logam dan komposit hingga keramik.

Zirconia toughened alumina dan chromia reinforced alumina adalah contoh material keramik yang telah terbukti lebih unggul daripada tungsten carbide untuk digunakan pada cutting tool untuk material yang keras dan rapuh karena kekerasannya yang lebih tinggi, kekuatan tekan, kelembaman kimiawi pada temperatur tinggi, serta konduktivitas termalnya yang lebih tinggi yang memungkinkan pembuangan panas dengan lebih cepat sehingga mengurangi kemungkinan kerusakan termal pada benda kerja dan memberikan masa pakai tool yang lebih lama [3]. [4,5]

Bahan Tahan Panas

Silikon karbida adalah bahan serbaguna yang digunakan untuk berbagai aplikasi mulai dari abrasif dan refraktori hingga keramik dan aplikasi berkinerja tinggi. Komposit matriks keramik yang terdiri dari logam yang diperkuat silikon karbida dan bagian polimer dapat meningkatkan kinerja sekaligus menawarkan ketahanan panas; paduan aluminium yang diperkuat keramik menawarkan kekuatan dua kali lipat dan ketahanan panas 20% lebih banyak dibandingkan dengan paduan aluminium murni namun tetap dua pertiga lebih ringan.

SiC adalah bahan yang sangat keras dan tahan terhadap bahan kimia. Material ini memiliki konduktivitas termal yang sangat baik, ketahanan abrasi yang baik, dan sifat konduktivitas termal; hanya berlian dan boron karbida yang dapat dibandingkan dalam hal kekerasan. Karena menggabungkan karakteristik tersebut, SiC menjadi pilihan material yang ideal saat memproduksi produk abrasif keramik seperti roda gerinda dan alat pemotong; selain itu, SiC juga sering digunakan dalam refraktori dan keramik karena kombinasi ketahanan termal (ketahanan panas tinggi) dengan daya tahan mekanis (ketahanan abrasi).

Sifat unik silikon karbida membuatnya menjadi bahan yang menarik untuk membuat perangkat daya berkecepatan tinggi, termasuk bidang kerusakan longsoran kritis yang tinggi dan celah pita lebar yang memungkinkan lebih banyak daya yang dapat dihantarkan dengan lebih sedikit perangkat yang terhubung secara seri, sehingga mengurangi biaya dan kerumitan sistem, sementara resistansi kondisinya yang rendah membatasi kehilangan konversi dan meningkatkan keandalan perangkat.

SiC dibedakan dengan kombinasi atom silikon dan karbon dalam strukturnya, memberikan sifat listrik dan termal yang unik. SiC bersifat inert terhadap asam dan basa serta suhu tinggi, dan metode fabrikasi meliputi ikatan reaksi serta proses keramik konvensional seperti pengepresan panas dan sintering tanpa tekanan. Bentuk dan ukuran dapat dibentuk sesuai dengan tujuan penggunaan; proses sinteringnya relatif mudah menghasilkan benda sinter dengan sifat mekanik kepadatan tinggi yang struktur mikro akhirnya dapat dikontrol melalui pilihan alat bantu sintering, penambahan pengikat, serta kondisi pengepresan dan sintering.

Bahan Tahan Aus

Silikon karbida adalah bahan yang sangat keras dengan ketahanan abrasi dan kekuatan mekanis yang sangat baik, sehingga cocok untuk berbagai aplikasi pada spektrum suhu yang luas. Selain itu, kekuatan tekannya yang kuat menambah daya tahan terhadap tekanan mekanis yang mungkin terjadi dari waktu ke waktu; menjadikannya bahan yang ideal untuk dipilih bagi penggunaan industri yang memiliki beban berat atau kecepatan tinggi.

Silikon Karbida (SiC) adalah salah satu bahan keramik yang paling ringan dan paling keras. Struktur kristal berlapisnya terdiri dari atom silikon dan karbon yang terikat bersama melalui konfigurasi ikatan tetrahedral untuk membentuk berbagai polytype dengan sifat yang berbeda; bentuk alfa (a-SiC), dengan struktur kristal heksagonal yang mirip dengan Wurtzite, biasanya ditemukan dalam aplikasi industri; sedangkan bentuk beta (struktur kristal campuran Zn) lebih jarang ditemukan.

Silikon karbida menawarkan ketahanan aus yang unggul jika dibandingkan dengan jenis baja; namun, ketahanan aus benturan silikon karbida berikatan nitrida jauh lebih rendah - hal ini membatasi penggunaannya secara luas sebagai komponen pengerjaan tanah.

Material komposit silikon karbida berikatan reaksi (RBSC) dirancang untuk aplikasi yang menuntut ketahanan aus yang luar biasa, sifat tahan api yang sangat baik, stabilitas kimiawi, dan rasio kekuatan-terhadap-berat yang kuat. RBSC dapat dibentuk menjadi bentuk yang kompleks dengan rasio kekuatan-terhadap-berat yang sangat baik namun tetap tahan oksidasi dan tahan suhu - ideal untuk menggerinda dan memotong bahan tahan api. Ini biasanya digunakan dalam mesin gerinda yang digunakan untuk tugas ini.

Bahan Suhu Tinggi

Pemilihan material untuk aplikasi yang keras membutuhkan pemilihan material dengan ketahanan termal dan kimia yang tinggi; silikon karbida telah menjadi salah satu pilihan utama di antara pertambangan, operasi penyulingan minyak, dan fasilitas pompa karena alasan ini.

Karena stabilitas suhu yang unggul, bahan keramik menawarkan kekuatan dan integritas yang luar biasa bahkan di bawah paparan suhu tinggi. Selain itu, ketahanannya terhadap korosi dan serangan bahan kimia membuatnya menjadi pilihan yang sangat baik untuk digunakan di lingkungan yang membutuhkan tingkat kemurnian tinggi seperti manufaktur semikonduktor.

Sifat silikon karbida sebagai keramik teknis ditentukan oleh struktur kristalnya; polytype dapat menunjukkan sifat yang berbeda karena perbedaan celah pita. Celah pita menentukan bagaimana cahaya dapat diserap atau dipancarkan dari suatu bahan; bahan dengan celah pita lebar cenderung memiliki laju transmisi yang lebih tinggi, sedangkan bahan dengan celah pita yang lebih sempit, biasanya mengalami penurunan laju transmisi.

Konduktivitas termal silikon karbida hingga 4,9 Watt Per Meter Persegi Kelvin adalah salah satu fitur utamanya untuk banyak aplikasi, karena memungkinkan bahan ini tahan terhadap lingkungan bersuhu tinggi dengan mudah. Fitur ini sangat penting ketika digunakan sebagai bahan tahan api atau komponen tahan aus di mana stabilitas termal yang tinggi sangat penting.

Resistansi tegangan silikon karbida yang lebih tinggi dibandingkan dengan silikon membuatnya menjadi pilihan bahan yang menarik untuk komponen listrik tegangan tinggi seperti semikonduktor dan sensor tekanan, di mana keretakan pada tegangan yang lebih tinggi dapat terjadi; resistansinya melebihi sistem sistem 1000V sebanyak 10x lipat dibandingkan dengan silikon dan galium nitrida.