Temperatura de topire a carburii de siliciu

Carbura de siliciu (SiC) este un material sintetic extrem de dur cu multiple utilizări industriale. Fiind o ceramică fără oxid, SiC are proprietăți unice, inclusiv un punct de topire ridicat, conductivitate termică și rezistență la coroziune - trei proprietăți esențiale pentru procesele industriale.

SiC negru este utilizat în abrazive și ca moissanite; o piatră prețioasă sintetică atractivă. SiC verde, pe de altă parte, este un material mai fin utilizat pentru diverse aplicații.

1. Temperatura de sublimare

Carbura de siliciu (SiC) este un material sintetic foarte refractar, capabil să reziste la temperaturi extreme, rămânând în același timp puternic în ciuda faptului că este supus unor temperaturi ridicate, ceea ce îl face potrivit pentru aplicații în care disiparea căldurii este o prioritate absolută.

SiC se găsește în natură sub formă de moissanite, un mineral rar, dar mai frecvent este produs comercial pentru a fi utilizat ca abraziv și componentă în ceramică. O metodă implică topirea nisipului de siliciu cu carbon într-un cuptor electric folosind un electrod de grafit Acheson - producând SiC verde folosit adesea pentru tăierea, lustruirea sau șlefuirea suprafețelor de piatră și sticlă.

SiC este un material extrem de versatil datorită compoziției sale chimice. Aceasta înseamnă că poate lua diferite forme polimorfe, cele două predominante fiind alfa SiC, cu structură cristalină hexagonală închisă, similară cu Wurtzite, și beta modificare b SiC, cu structură cristalină cubică centrată pe față, similară cu diamantul sau zincblenda. Ambele variante posedă proprietăți unice care le fac potrivite pentru diverse aplicații industriale.

A-SiC pur are o reactivitate scăzută la oxigen și impermeabilitate, ceea ce îl face ideal pentru utilizarea în reactoarele nucleare. În plus, conductivitatea sa termică este de trei ori mai mare decât cea a siliciului, în timp ce punctul său de topire este mult mai ridicat; materialele cu concentrație ridicată, cu puncte de topire modificate de 2025 grade Celsius, pot conține bor adăugat, ceea ce reduce și mai mult această valoare. În plus, calculele termodinamice cu ajutorul teoriei funcționale a densității permit stabilirea momentului în care are loc sublimarea sau descompunerea pe baza condițiilor de presiune.

2. Conductivitatea termică

Carbura de siliciu (SiC) este un material unic, cu nuanțe distinctive de negru-gri până la verde, care are o densitate specifică excepțională de 3,21 g/cm3, ceea ce îl face mai dens decât ceramica tipică, dar mai puțin dens decât unele metale. În plus, natura insolubilă a SiC îl împiedică să se dizolve în apă, alcool sau acizi și prezintă o mare stabilitate și rezistență la medii chimice dure.

Caracteristicile fizice unice ale SiC fac din acesta un material ideal pentru numeroase utilizări industriale, de la electronice și unelte de tăiere la abrazive și ceramică. Fiind unul dintre cele mai dure materiale cunoscute, SiC este utilizat în aplicații la fel de diverse precum fabricarea de electronice și producția de instrumente de tăiere.

Rezistent atât la oxidare, cât și la coroziune, ceea ce îl face potrivit pentru medii industriale dificile în care alte materiale s-ar putea deteriora rapid sau ar putea fi deteriorate de agenți chimici agresivi, acest material rămâne insolubil în apă, alcool și acizi, rezistând în același timp la majoritatea compușilor organici și anorganici, inclusiv săruri topite, aluminate, sulfați și alți oxizi refractari.

Forța SiC constă în integritatea sa structurală ca rețea cristalină legată atomic prin covalență. Acest material prezintă două tetraedre de coordonare primară care conțin fiecare câte patru atomi de siliciu și patru atomi de carbon legați covalent cu partenerii lor opuși; aceste forme cu patru fețe permit SiC să suporte niveluri semnificative de tensiune fără a se fractura.

SiC este un material ideal pentru electronica semiconductoarelor datorită conductivității sale termice excelente și rezistenței la ruperea câmpului electric, oferind tensiuni de comutare ridicate cu rezistență scăzută la pornire, ceea ce permite dispozitivelor să funcționeze la frecvențe înalte cu pierderi de putere reduse și eficiență sporită.

SiC este produs sintetic folosind diverse materii prime, cea mai populară fiind carbura de silico-titan. Odată sintetizat, SiC poate fi format în diferite forme, dimensiuni și substanțe chimice pentru utilizări industriale; Washington Mills oferă CARBOREX(r) SiC pentru aceste nevoi în multe dimensiuni și substanțe chimice - ideal pentru aplicații, inclusiv sablare abrazivă, abrazive acoperite antialunecare refractare metalurgice tăierea sârmei rezistență la uzură printre multe altele.

3. Putere

Ceramica din carbură de siliciu (SiC) se numără printre cele mai dure și rezistente la uzură materiale ceramice disponibile, având o stabilitate termică excelentă și fiind inertă din punct de vedere chimic, ceea ce o face o alegere excelentă pentru aplicațiile de înaltă performanță supuse unor medii dificile.

Materialele ceramice durabile precum zirconia oferă o rezistență excelentă la coroziune, oxidare și oboseală, ceea ce le face potrivite pentru etanșări mecanice, ceramică structurală și aplicații pentru armuri balistice. Zirconiul este, de asemenea, o alegere interesantă pentru materialele semiconductoare datorită capacității sale de a tolera temperaturi ridicate și câmpuri electrice - două atribute care contribuie în mod semnificativ la popularitatea lor ca materiale utilizate în dispozitive de mare putere.

Carbura de siliciu (SiC) a fost utilizată încă de la sfârșitul secolului al XIX-lea ca abraziv și abraziv pentru discuri abrazive, material refractar pentru unelte de tăiere și pentru producerea de plachete de siliciu pentru producția de electronice. Metodele de producție variază, dar două opțiuni populare includ lipirea prin reacție și metodele de sinterizare directă; metodele de sinterizare directă tind să producă o structură granulometrică mai fină cu proprietăți superioare la temperatura de utilizare, precum și proprietăți mecanice la un cost mai mare.

Materialele refractare fabricate cu gel de siliciu sunt extrem de stabile până la temperaturi ridicate, având una dintre cele mai scăzute rate de dilatare termică pentru orice material refractar industrial. Deși insolubile în apă, materialele refractare din gel de siliciu se pot dizolva atunci când sunt expuse la soluții alcaline și săruri bazice topite; deși dizolvarea de către anumiți acizi organici este uneori posibilă. Ele oferă proprietăți excelente de izolare termică până la temperaturi de 8000 de grade C, fiind în același timp un izolator termic eficient.

4. Rezistență la coroziune

Carbura de siliciu este o ceramică industrială inestimabilă care a devenit una dintre pietrele de temelie ale tehnologiei moderne. Folosit în orice, de la frâne și ambreiaje auto până la veste antiglonț, carbura de siliciu se remarcă ca fiind printre cele mai puternice materiale ceramice capabile să suporte medii cu temperaturi ridicate și să reziste la coroziune în situații dificile.

Carbura de siliciu este un material anorganic compus din atomi de siliciu și carbon legați între ei prin legături puternice, ceea ce îi conferă rezistență și proprietăți termice. Deoarece aceste legături necesită cantități mari de energie pentru a se rupe, acest compus dur are un punct de topire extrem de ridicat.

Stabilitatea fizică a carburii de siliciu joacă un rol esențial în rezistența sa la coroziune. Acesta poate rezista la temperaturi ridicate fără oxidare, ceea ce îl face ideal pentru aplicații care necesită funcționare pe termen lung, fără întreținere, fără a se deforma sau dezintegra sub presiuni de până la 5-8 GPa.

Caracteristicile de rezistență la coroziune ale carburii de siliciu sunt rezultatul stratului protector de barieră de oxid care se formează pe suprafața sa, ajutând la protejarea acesteia împotriva interacțiunii directe dintre substratul de carbură de siliciu și speciile atacatoare precum oxigenul sau borul (în cazul nitritei de siliciu). Ca urmare, aceste materiale prezintă rate de coroziune remarcabil de scăzute în medii cu aer uscat și umed, amestecuri de vapori gazoși fierbinți, săruri topite sau medii complexe precum zgura de cărbune.

Chiar și după ce au fost efectuate studii aprofundate asupra acestor materiale, coroziunea în medii complexe rămâne o provocare imensă. Datorită numeroaselor variabile, inclusiv reacțiile concurente și mecanismele de transport în masă necesare, cerințele privind morfologia suprafeței/microstructurii și alți parametri care trebuie luați în considerare, s-au făcut progrese semnificative în crearea de modele care să descrie comportamentul carburii și nitrurei de siliciu atunci când sunt expuse la medii complexe.

5. Conductivitatea electrică

Numeroasele proprietăți ale carburii de siliciu fac din aceasta un material cheie în multe aplicații industriale, de la duritatea sa impresionantă și rezistența la uzură până la rolul de semiconductor și conductor electric, contribuind semnificativ la creșterea eficienței și fiabilității. În plus, acest material prezintă caracteristici mecanice impresionante, inclusiv menținerea rezistenței la temperaturi ridicate, precum și proprietăți excepționale de rezistență chimică.

Carbura de siliciu a apărut ca un material neprețuit, capabil să funcționeze în condiții dificile, cum ar fi imprimarea 3D, balistica și fabricarea produselor chimice. Comparativ cu metalele, carbura de siliciu oferă un raport cost-eficiență, rezistând în același timp la presiuni extrem de mari, fără a se fisura sub presiune. În plus, conductivitatea sa termică îl face perfect pentru aplicațiile de management termic.

SiC este produs prin intermediul unui proces complex la temperaturi ridicate. Mai întâi, un amestec de nisip de siliciu pur și cocs de cărbune pulverizat este combinat în jurul unui conductor de carbon al cuptorului Acheson, înainte ca un curent electric să treacă prin electrodul său de carbon pentru a iniția reacția chimică dintre nisipul de siliciu și cocs care formează ceramica cristalină din carbură de siliciu. În funcție de nivelul de puritate, poate rezulta ceramică SiC verde sau neagră.

Forța carburii de siliciu constă în structura sa cristalină tetraedrică de siliciu și carbon, ținute împreună prin legături covalente puternice în rețeaua cristalină, ceea ce dă naștere unei rezistențe interne puternice împotriva oxidării interne la temperaturi ridicate. Structura cristalină rămâne stabilă în diferite medii și poate fi găsită ca alfa (a-SiC), cu structură cristalină hexagonală Wurtzite; sau beta (b-SiC), cu structură cristalină zinc blende.

Compozitele și fibrele SiC variază semnificativ în ceea ce privește conductivitatea electrică, în funcție de metoda de fabricație, dimensiunea granulelor, nivelul de puritate și configurația de lipire - astfel încât este esențial ca utilizatorii să verifice sursa oricăror date utilizate ca punct de referință.