Silicio karbido lydymosi temperatūra

Silicio karbidas (SiC) yra itin kieta sintetinė medžiaga, naudojama įvairiose pramonės srityse. Kaip neoksidinė keramika, SiC pasižymi unikaliomis savybėmis, įskaitant aukštą lydymosi temperatūrą, šiluminį laidumą ir atsparumą korozijai, t. y. trimis savybėmis, kurios yra labai svarbios pramoniniuose procesuose.

Juodasis SiC naudojamas abrazyvams ir moisanitui - patraukliam sintetiniam brangakmeniui gaminti. Žaliasis SiC yra smulkesnės rūšies medžiaga, naudojama įvairioms reikmėms.

1. Sublimacijos temperatūra

Silicio karbidas (SiC) yra labai ugniai atspari sintetinė medžiaga, galinti atlaikyti ekstremalias temperatūras ir išlikti tvirta, nors ir veikiama aukštesnės temperatūros, todėl tinka naudoti ten, kur šilumos išsklaidymas yra itin svarbus.

SiC randamas gamtoje kaip retas brangakmenių mineralas moisanitas, tačiau dažniau jis gaminamas komerciniais tikslais kaip abrazyvas ir keramikos komponentas. Vienas iš metodų yra silicio smėlio lydymas su anglimi elektrinėje krosnyje, naudojant Achesono grafito elektrodą - taip gaunamas žalias SiC, dažnai naudojamas akmens ir stiklo paviršiams pjauti, poliruoti ar šlifuoti.

Dėl savo cheminės sudėties SiC yra labai universali medžiaga. Tai reiškia, kad jis gali įgyti įvairias polimorfines formas, iš kurių dvi vyraujančios yra alfa SiC, kurio šešiakampė glaudžiai supakuota kristalinė struktūra panaši į vurcito, ir beta modifikacijos b SiC, kurio veidrodinė kubinė kristalinė struktūra panaši į deimanto ar cinkoblendo. Abu variantai pasižymi unikaliomis savybėmis, todėl tinka įvairioms pramoninėms reikmėms.

Grynas a-SiC pasižymi mažu deguonies reaktyvumu ir nepralaidumu, todėl idealiai tinka naudoti branduoliniuose reaktoriuose. Be to, jo šiluminis laidumas tris kartus didesnis nei silicio, o lydymosi temperatūra daug aukštesnė; didelės koncentracijos medžiagose, kurių modifikuota lydymosi temperatūra siekia 2025 laipsnius Celsijaus, gali būti pridėta boro, kuris šią vertę dar labiau sumažina. Be to, termodinaminiai skaičiavimai naudojant tankio funkcinę teoriją leidžia nustatyti, kada vyksta sublimacija ar skilimas, atsižvelgiant į slėgio sąlygas.

2. Šilumos laidumas

Silicio karbidas (SiC) yra unikali medžiaga, pasižyminti išskirtiniais juodai pilkais ir žaliais atspalviais, kurios savitasis tankis yra 3,21 g/cm3, todėl ji yra tankesnė už įprastą keramiką, bet mažiau tanki už kai kuriuos metalus. Be to, SiC netirpsta vandenyje, alkoholyje ar rūgštyse, todėl pasižymi dideliu stabilumu ir atsparumu atšiaurioms cheminėms sąlygoms.

Dėl unikalių fizinių savybių SiC yra ideali medžiaga daugeliui pramonės sričių - nuo elektronikos ir pjovimo įrankių iki abrazyvų ir keramikos. SiC yra viena iš kiečiausių žinomų medžiagų, todėl naudojama tokiose srityse kaip elektronikos gamyba ir pjovimo įrankių gamyba.

Atspari oksidacijai ir korozijai, todėl tinka naudoti atšiaurioje pramoninėje aplinkoje, kur kitos medžiagos gali greitai sugesti arba būti pažeistos agresyvių cheminių medžiagų, ši medžiaga išlieka netirpi vandenyje, alkoholyje ir rūgštyse, taip pat atspari daugumai organinių ir neorganinių junginių, įskaitant išlydytas druskas, aliuminatus, sulfatus ir kitus ugniai atsparius oksidus.

SiC stiprybė - jo struktūrinis vientisumas, nes jis yra atominiu kovalentiniu ryšiu sujungta kristalinė gardelė. Ši medžiaga turi du pirminius koordinacinius tetraedrus, kurių kiekviename yra po keturis silicio ir anglies atomus, kovalentiškai susijungusius su priešingais partneriais; dėl šių keturkampių formų SiC gali atlaikyti dideles deformacijas be lūžių.

SiC yra ideali medžiaga puslaidininkinei elektronikai dėl savo puikaus šiluminio laidumo ir elektrinio lauko pramušimo stiprio, todėl užtikrina didelę perjungimo įtampą ir mažą įjungimo varžą, leidžiančią prietaisams veikti aukštais dažniais, mažinant galios nuostolius ir didinant efektyvumą.

SiC gaminamas sintetiniu būdu, naudojant įvairias žaliavas, iš kurių populiariausia yra silikotitano karbidas. Susintetintas SiC gali būti formuojamas į įvairias formas, dydžius ir chemines medžiagas, skirtas naudoti pramonėje; "Washington Mills" šiems poreikiams siūlo įvairių dydžių ir cheminių medžiagų CARBOREX(r) SiC, kuris idealiai tinka tokioms reikmėms kaip abrazyvinis smėliavimas, abrazyvai su neslystančia danga, metalurginės ugniai atsparios vielos pjovimas, atsparumas dilimui ir daugeliui kitų.

3. Stiprumas

Silicio karbido (SiC) keramika yra viena iš kiečiausių ir atspariausių dilimui keraminių medžiagų, pasižyminti puikiu šiluminiu stabilumu ir cheminiu inertiškumu, todėl puikiai tinka didelio našumo darbams, kuriuos veikia atšiauri aplinka.

Patvarios keraminės medžiagos, tokios kaip cirkonis, pasižymi puikiu atsparumu korozijai, oksidacijai ir nuovargiui, todėl tinka mechaniniams sandarikliams, struktūrinei keramikai ir balistiniams šarvams. Cirkonis taip pat yra patrauklus puslaidininkių medžiagų pasirinkimas dėl savo gebėjimo toleruoti aukštą temperatūrą ir elektrinius laukus - dvi savybės, kurios labai prisideda prie jų, kaip medžiagų, naudojamų didelės galios prietaisuose, populiarumo.

Silicio karbidas (SiC) nuo XIX a. pabaigos naudojamas kaip abrazyvas ir šlifavimo diskų šlifavimo medžiaga, pjovimo įrankių ugniai atspari medžiaga, taip pat silicio plokštelėms gaminti elektronikos gamyboje. Gamybos būdai skiriasi, tačiau du populiarūs pasirinkimai yra reakcinio surišimo ir tiesioginio sukepinimo metodai; taikant tiesioginio sukepinimo metodus paprastai gaunama smulkesnė grūdelių struktūra, pasižyminti geresnėmis naudojimo temperatūros savybėmis, taip pat mechaninėmis savybėmis, o jų kaina padidėja.

Ugniai atsparios medžiagos, pagamintos naudojant silikagelį, yra itin stabilios iki aukštos temperatūros, o jų šiluminio plėtimosi koeficientas yra vienas mažiausių iš visų pramoninių ugniai atsparių medžiagų. Nors silikagelio ugniai atsparios medžiagos netirpsta vandenyje, jos gali ištirpti veikiamos šarmų tirpalų ir išlydytų bazinių druskų; nors kartais gali ištirpti veikiamos tam tikrų organinių rūgščių. Jie pasižymi puikiomis termoizoliacinėmis savybėmis iki 8000 laipsnių C temperatūros ir kartu yra veiksmingas šilumos izoliatorius.

4. Atsparumas korozijai

Silicio karbidas yra neįkainojama pramoninė keramika, tapusi vienu iš šiuolaikinių technologijų kertinių akmenų. Silicio karbidas, naudojamas visose srityse - nuo automobilių stabdžių ir sankabų iki neperšaunamų liemenių, - išsiskiria tuo, kad yra viena stipriausių keraminių medžiagų, galinčių atlaikyti aukštą temperatūrą ir atsparumą korozijai sudėtingomis sąlygomis.

Silicio karbidas yra neorganinė medžiaga, sudaryta iš silicio ir anglies atomų, susijungusių tvirtais ryšiais, dėl to ji pasižymi tvirtumu ir šiluminėmis savybėmis. Kadangi šioms jungtims nutraukti reikia daug energijos, šis kietas junginys pasižymi itin aukšta lydymosi temperatūra.

Silicio karbido fizinis stabilumas yra labai svarbus jo atsparumui korozijai. Jis gali atlaikyti aukštą temperatūrą be oksidacijos, todėl idealiai tinka toms reikmėms, kurioms reikalingas ilgalaikis, priežiūros nereikalaujantis veikimas, nesideformuojant ir nesuyrant, esant iki 5-8 GPa slėgiui.

Silicio karbido atsparumą korozijai lemia jo paviršiuje susidarantis apsauginis oksido barjerinis sluoksnis, kuris padeda apsaugoti jį nuo tiesioginės silicio karbido substrato sąveikos su atakuojančiomis medžiagomis, pvz., deguonimi ar borais (silicio nitrido atveju). Dėl to šios medžiagos pasižymi itin mažu korozijos greičiu sauso ir drėgno oro aplinkoje, karštų dujinių garų mišiniuose, išlydytų druskų ar sudėtingoje aplinkoje, pavyzdžiui, anglių šlakuose.

Net ir atlikus išsamius šių medžiagų tyrimus, korozija sudėtingoje aplinkoje tebėra didžiulis iššūkis. Dėl daugybės kintamųjų, įskaitant konkuruojančias reakcijas ir reikalingus masės pernešimo mechanizmus, paviršiaus ir (arba) mikrostruktūros morfologijos reikalavimus ir kitus parametrus, į kuriuos reikia atsižvelgti, buvo padaryta didelė pažanga kuriant modelius, skirtus aprašyti silicio karbido ir silicio nitrido elgseną sudėtingoje aplinkoje.

5. Elektrinis laidumas

Silicio karbidas dėl daugybės savo savybių yra pagrindinė medžiaga daugelyje pramonės sričių - nuo įspūdingo kietumo ir atsparumo dilimui iki puslaidininkio ir elektros laidininko savybių, dėl kurių gerokai padidėja efektyvumas ir patikimumas. Be to, ši medžiaga pasižymi įspūdingomis mechaninėmis savybėmis, įskaitant tvirtumo išlaikymą aukštoje temperatūroje, ir išskirtinėmis atsparumo cheminėms medžiagoms savybėmis.

Silicio karbidas tapo neįkainojama medžiaga, galinčia veikti tokiomis sudėtingomis sąlygomis kaip 3D spausdinimas, balistika ir cheminių produktų gamyba. Palyginti su metalais, silicio karbidas pasižymi ekonomiškumu ir atlaiko itin didelį slėgį, nesutrūkinėdamas nuo apkrovos. Be to, dėl savo šiluminio laidumo jis puikiai tinka šilumos valdymo reikmėms.

SiC gaminamas taikant sudėtingą aukštos temperatūros procesą. Pirmiausia gryno kvarcinio smėlio ir miltelių pavidalo anglies kokso mišinys sujungiamas aplink Achesono krosnies anglies laidininką, o po to per jo anglies elektrodą teka elektros srovė, kad prasidėtų cheminė reakcija tarp kvarcinio smėlio ir kokso, kurios metu susidaro kristalinė silicio karbido keramika. Priklausomai nuo grynumo lygio, gali susidaryti žalia arba juoda SiC keramika.

Silicio karbido stiprybė - tetraedrinė silicio ir anglies kristalinė struktūra, kurią sudaro stiprūs kovalentiniai ryšiai kristalinėje gardelėje, todėl jis pasižymi dideliu vidiniu atsparumu vidinei oksidacijai aukštoje temperatūroje. Kristalinė struktūra išlieka stabili įvairiose aplinkose ir gali būti alfa (a-SiC), turinti šešiakampę vurcito kristalinę struktūrą, arba beta (b-SiC), turinti cinko blende kristalinę struktūrą.

SiC kompozitų ir pluoštų elektrinis laidumas labai skiriasi priklausomai nuo jų gamybos būdo, grūdelių dydžio, grynumo lygio ir jungimo konfigūracijos, todėl labai svarbu, kad naudotojai patikrintų bet kokių duomenų, naudojamų kaip atskaitos taškas, šaltinį.