Silīcija karbīda kušanas temperatūra

Silīcija karbīds (SiC) ir ārkārtīgi ciets sintētisks materiāls, ko izmanto daudzās rūpniecības nozarēs. SiC ir bezoksīda keramika, tāpēc tam piemīt unikālas īpašības, tostarp augsts kušanas punkts, siltumvadītspēja un izturība pret koroziju - trīs īpašības, kas ir būtiskas rūpnieciskajos procesos.

Melno SiC izmanto abrazīvos un kā moisanītu - pievilcīgu sintētisku dārgakmeni. Savukārt zaļais SiC ir smalkāks materiāls, ko izmanto dažādiem lietojumiem.

1. Sublimācijas temperatūra

Silīcija karbīds (SiC) ir ļoti ugunsizturīgs sintētisks materiāls, kas spēj izturēt ekstrēmas temperatūras, vienlaikus saglabājot izturību, neskatoties uz paaugstinātu temperatūru, tāpēc tas ir piemērots lietojumiem, kur siltuma izkliedēšana ir ārkārtīgi svarīga.

SiC ir sastopams dabā kā retais dārgakmens minerāls moizanīts, bet biežāk to ražo komerciāli, lai izmantotu kā abrazīvu un keramikas sastāvdaļu. Viena no metodēm ietver silīcija smilšu kausēšanu kopā ar oglekli elektriskajā krāsnī, izmantojot Achesona grafīta elektrodu, tādējādi iegūstot zaļo SiC, ko bieži izmanto akmens un stikla virsmu griešanai, pulēšanai vai slīpēšanai.

SiC ir ļoti universāls materiāls, pateicoties tā ķīmiskajam sastāvam. Tas nozīmē, ka tas var iegūt dažādas polimorfas formas, no kurām divas dominējošās ir alfa SiC ar sešstūrainu, tuvu iepakotu kristālisko struktūru, kas līdzīga virtcītam, un beta modifikācija b SiC ar sejas centrēta kubiska kristāla struktūru, kas līdzīga dimantam vai cinkblendam. Abiem variantiem piemīt unikālas īpašības, tāpēc tie ir piemēroti dažādiem rūpnieciskiem lietojumiem.

Tīram a-SiC ir zema skābekļa reaktivitāte un necaurlaidība, tāpēc tas ir ideāli piemērots izmantošanai kodolreaktoros. Turklāt tā siltumvadītspēja ir trīs reizes augstāka nekā silīcija siltumvadītspēja, bet kušanas temperatūra ir daudz augstāka; augstas koncentrācijas materiāliem ar modificētu kušanas temperatūru 2025 grādi pēc Celsija var būt pievienots bors, kas šo vērtību vēl vairāk pazemina. Turklāt termodinamiskie aprēķini, izmantojot blīvuma funkcionālo teoriju, ļauj noteikt, kad notiek sublimācija vai sadalīšanās, pamatojoties uz spiediena apstākļiem.

2. Siltumvadītspēja

Silīcija karbīds (SiC) ir unikāls materiāls ar raksturīgām melni pelēkām līdz zaļām nokrāsām, un tā īpatnējais blīvums ir 3,21 g/cm3, tāpēc tas ir blīvāks par parasto keramiku, bet mazāk blīvs par dažiem metāliem. Turklāt SiC nešķīst, neļaujot tam izšķīst ūdenī, alkoholā vai skābēs, un tam piemīt liela stabilitāte un izturība pret smagām ķīmiskām vidēm.

SiC unikālās fizikālās īpašības padara to par ideālu materiālu daudzām rūpnieciskām vajadzībām, sākot no elektronikas un griezējinstrumentiem līdz abrazīviem un keramikai. SiC ir viens no cietākajiem zināmajiem materiāliem, tāpēc to izmanto tik dažādās jomās kā elektronikas ražošana un griezējinstrumentu izgatavošana.

Šis materiāls ir izturīgs gan pret oksidēšanos, gan koroziju, tāpēc tas ir piemērots skarbai rūpnieciskai videi, kur citi materiāli varētu ātri sabojāties vai tikt bojāti ar agresīvām ķīmiskām vielām.Šis materiāls nešķīst ūdenī, spirtā un skābēs, vienlaikus iztur lielāko daļu organisko un neorganisko savienojumu, tostarp izkausētus sāļus, aluminātus, sulfātus un citus ugunsizturīgos oksīdus.

SiC stiprā puse ir tā strukturālā integritāte kā atomāri kovalenti saistītai kristālrežģim. Šim materiālam ir divi primārie koordinācijas tetraedri, kas katrs satur četrus silīcija un četrus oglekļa atomus, kuri ir kovalenti saistīti ar saviem pretējiem partneriem; šīs četrpusējās formas ļauj SiC izturēt ievērojamas deformācijas bez lūzumiem.

SiC ir ideāls materiāls pusvadītāju elektronikai, pateicoties tā izcilajai siltumvadītspējai un elektriskā lauka sadalīšanās spējai, kas nodrošina augstu komutācijas spriegumu ar zemu ieslēgšanās pretestību, kas ļauj ierīcēm darboties augstās frekvencēs ar samazinātiem enerģijas zudumiem un paaugstinātu efektivitāti.

SiC ražo sintētiski, izmantojot dažādas izejvielas, no kurām populārākā ir silikotitāna karbīds. Pēc sintēzes SiC var veidot dažādās formās, izmēros un ķīmiskajos sastāvos rūpnieciskām vajadzībām; Washington Mills piedāvā CARBOREX(r) SiC šīm vajadzībām dažādos izmēros un ķīmiskajos sastāvos - ideāli piemērots tādiem lietojumiem kā abrazīvā strūklas apstrāde, abrazīvi ar pretslīdīgu pārklājumu, metalurģiskie ugunsizturīgie materiāli, stiepļu zāģēšana, nodilumizturība un daudzi citi.

3. Spēks

Silīcija karbīda (SiC) keramika ir viens no cietākajiem un nodilumizturīgākajiem pieejamajiem keramikas materiāliem, kam piemīt lieliska termiskā stabilitāte un ķīmiskā inertums, tāpēc tā ir lieliska izvēle augstas veiktspējas lietojumiem, kas pakļauti skarbiem vides apstākļiem.

Tādi izturīgi keramikas materiāli kā cirkonijs nodrošina izcilu izturību pret koroziju, oksidāciju un nogurumu, tāpēc tie ir piemēroti mehāniskajiem blīvējumiem, strukturālajai keramikai un ballistiskajām bruņām. Cirkonijs ir arī pievilcīga pusvadītāju materiālu izvēle, jo tas spēj izturēt augstas temperatūras un elektriskos laukus - divas īpašības, kas būtiski veicina to popularitāti kā materiālu, ko izmanto jaudīgās ierīcēs.

Silīcija karbīdu (SiC) izmanto kopš 19. gadsimta beigām kā abrazīvu un slīpēšanas disku abrazīvu, griezējinstrumentu ugunsizturīgu materiālu, kā arī silīcija plāksnīšu ražošanai elektronikas vajadzībām. Ražošanas metodes ir dažādas, bet divas populāras ir reakcijas saistīšanas un tiešās saķepināšanas metodes; tiešās saķepināšanas metodēm ir tendence iegūt smalkāku graudu struktūru ar labākām lietošanas temperatūras īpašībām, kā arī mehāniskām īpašībām, bet ar augstākām izmaksām.

Ugunsizturīgie materiāli, kas ražoti, izmantojot silikagēlu, ir ļoti stabili līdz pat augstām temperatūrām, un tiem ir viens no zemākajiem termiskās izplešanās rādītājiem, kāds ir sastopams jebkuram rūpnieciskajam ugunsizturīgajam materiālam. Lai gan silikagēla ugunsizturīgie materiāli nešķīst ūdenī, tie var izšķīst, ja tiek pakļauti sārmu šķīdumu un izkausētu bāzisko sāļu iedarbībai; lai gan dažkārt ir iespējama arī dažu organisko skābju šķīdināšana. Tie nodrošina lieliskas siltumizolācijas īpašības līdz pat 8000 grādu C temperatūrai, vienlaikus būdami efektīvs siltumizolators.

4. Izturība pret koroziju

Silīcija karbīds ir nenovērtējama rūpnieciskā keramika, kas kļuvusi par vienu no mūsdienu tehnoloģiju stūrakmeņiem. Silīcija karbīds, ko izmanto visdažādākajos izstrādājumos, sākot no automobiļu bremzēm un sajūgiem un beidzot ar ložu necaurlaidīgām vestēm, izceļas kā viens no izturīgākajiem keramikas materiāliem, kas spēj izturēt augstas temperatūras vides un korozijas koroziju sarežģītās situācijās.

Silīcija karbīds ir neorganisks materiāls, kas sastāv no silīcija un oglekļa atomiem, kuri ir savstarpēji saistīti ar stiprām saitēm, kas nodrošina tā izturību un termiskās īpašības. Tā kā šo saišu pārraušanai nepieciešams liels enerģijas daudzums, šim cietajam savienojumam ir ārkārtīgi augsta kušanas temperatūra.

Silīcija karbīda fizikālajai stabilitātei ir būtiska nozīme tā izturībā pret koroziju. Tas var izturēt paaugstinātu temperatūru bez oksidēšanās, tāpēc tas ir ideāli piemērots lietojumiem, kur nepieciešama ilgstoša un bezapkopes darbība, nedeformējoties un nesadaloties līdz pat 5-8 GPa spiedienam.

Silīcija karbīda izturību pret koroziju nodrošina tā aizsargājošais oksīda barjeras slānis, kas veidojas uz tā virsmas, palīdzot to aizsargāt pret tiešu mijiedarbību starp silīcija karbīda substrātu un uzbrūkošajām vielām, piemēram, skābekli vai boru (silīcija nitrīda gadījumā). Rezultātā šie materiāli uzrāda ievērojamu zemu korozijas ātrumu sausā un mitrā gaisa vidē, karstu gāzveida tvaiku maisījumos, izkausētu sāļu vai sarežģītā vidē, piemēram, ogļu sārņos.

Pat pēc plašiem pētījumiem, kas veikti ar šiem materiāliem, korozija sarežģītā vidē joprojām ir milzīgs izaicinājums. Ņemot vērā daudzos mainīgos lielumus, tostarp konkurējošās reakcijas un nepieciešamos masas pārneses mehānismus, virsmas/mikrostruktūras morfoloģijas prasības un citus parametrus, kas jāņem vērā, ir panākts ievērojams progress, lai radītu modeļus silīcija karbīda un silīcija nitrīda uzvedības aprakstīšanai, kad tie tiek pakļauti sarežģītām vidēm.

5. Elektriskā vadītspēja

Silicija karbīda daudzās īpašības padara to par galveno materiālu daudzos rūpnieciskos lietojumos, sākot ar tā iespaidīgo cietību un nodilumizturību un beidzot ar pusvadītāju un elektrisko vadītāju funkciju, kas ievērojami palielina efektivitāti un uzticamību. Turklāt šim materiālam piemīt iespaidīgas mehāniskās īpašības, tostarp izturības saglabāšana augstā temperatūrā, kā arī izcilas ķīmiskās izturības īpašības.

Silīcija karbīds ir kļuvis par nenovērtējamu materiālu, kas spēj darboties tādos sarežģītos apstākļos kā 3D drukāšana, balistika un ķīmisko produktu ražošana. Salīdzinot ar metāliem, silīcija karbīds nodrošina rentabilitāti, vienlaikus izturot ārkārtīgi augstu spiedienu un nesasprāgstot spriedzes ietekmē. Turklāt tā siltumvadītspēja padara to ideāli piemērotu siltuma pārvaldības lietojumiem.

SiC tiek ražots, izmantojot sarežģītu augstas temperatūras procesu. Vispirms tīru silīcija smilšu un pulverveida akmeņogļu koksa maisījums tiek apvienots ap Achesona krāsns oglekļa vadītāju, un tad caur tā oglekļa elektrodu plūst elektriskā strāva, lai ierosinātu ķīmisku reakciju starp silīcija smiltīm un koksu, kas veido kristālisku silīcija karbīda keramiku. Atkarībā no tīrības pakāpes var rasties zaļa vai melna SiC keramika.

Silīcija karbīda stiprība ir tā tetraedriskā kristāliskā struktūra, kurā silīciju un oglekli kopā satur spēcīgas kovalentās saites kristālrežģī, kas rada spēcīgu iekšējo pretestību pret iekšējo oksidāciju augstā temperatūrā. Kristāliskā struktūra ir stabila dažādās vidēs, un to var sastapt kā alfa (a-SiC) ar sešstūrainu Vurcīta kristālisko struktūru vai beta (b-SiC) ar cinka blende kristālisko struktūru.

SiC kompozītu un šķiedru elektrovadītspēja ievērojami atšķiras atkarībā no to ražošanas metodes, graudu lieluma, tīrības pakāpes un savienojuma konfigurācijas, tāpēc ir ļoti svarīgi, lai lietotāji pārbaudītu jebkuru datu avotu, ko izmanto kā atskaites punktu.