Порошок карбида кремния

Порошок карбида кремния широко применяется благодаря своей твердости в процессах абразивной обработки, таких как шлифование, хонингование, гидроабразивная резка и пескоструйная обработка. Кроме того, карбид кремния используется в бронежилетах для поглощения ударов от снарядов.

Карборунд — широко используемый абразив в современной ювелирной обработке драгоценных камней. Кроме того, он применяется в технике печати «коллаграф» с использованием карборунда.

Твердость

Порошок карбида кремния — это синтетическое твердое кристаллическое соединение кремния и углерода, твердость которого по шкале Мооса составляет 9,5, что ставит его между алмазом и корундом и делает одним из самых прочных широко распространенных абразивных материалов. Используемый для шлифования, пескоструйной обработки, притирки и обеспечения химической стойкости при повышенных температурах, карбид кремния имеет множество областей применения в качестве абразивного материала.

Эдвард Ачесон впервые искусственно синтезировал моисанит в 1891 году, когда он подверг электрическому нагреву смесь глины (силиката алюминия) и коксового порошка. При электрическом нагревании смеси Эйчесон заметил мелкие чёрные кристаллы; он полагал, что его соединение напоминает корунд (драгоценный камень, по твёрдости схожий с алмазом), а лауреат Нобелевской премии по химии Анри Муассен позже обнаружил его природную форму в виде кристаллов муассанита в каньоне Диабло в Калифорнии в виде прозрачных минеральных кристаллов муассанита.

SiC — это превосходная огнеупорная керамика, которая отличается высокой стабильностью и низким коэффициентом теплового расширения при нагреве до чрезвычайно высоких температур, а также обладает химической чистотой и устойчивостью к окислению при таких экстремальных температурах. Благодаря этому SiC широко используется в качестве опор для лотков с пластинками и лопаток в полупроводниковых печах, а также в промышленных печах и ракетных двигателях, а также в качестве подложек для светодиодов. Необжигаемый карбид кремния компании Panadyne достиг чистоты более 99%, превосходя стандарты JIS, ISO и FEPA!

Теплопроводность

Карбид кремния (SiC) является одним из самых твёрдых известных материалов, его твёрдость по шкале Мооса составляет 9. Несмотря на свою высокую твёрдость, он также обладает превосходной теплопроводностью и способен работать при высоких температурах без повреждения самого материала или соседних конструкций.

SiC получают двумя основными способами — реакционным связыванием или спеканием. Оба процесса оказывают значительное влияние на микроструктуру конечных изделий из SiC; SiC, полученный методом реакционного спекания, изготавливается путем пропитки прессованных заготовок из углеродно-кремниевой смеси жидким кремнием, который связывает исходные частицы между собой, тогда как спекание предполагает обжиг порошкообразного SiC при температурах свыше 2000 °C в течение не менее одного часа в инертной среде.

Оба метода позволяют получать слитки SiC со слоистой кристаллической структурой, которые затем разрезают и сортируют, получая «зеленый» или «черный» SiC, пригодный для различных целей, таких как производство абразивов, огнеупорных материалов и применение в металлургии.

При рамановской спектроскопии микропорошки SiC, как правило, демонстрируют ярко выраженные пики, соответствующие как поперечным оптическим (TO), так и продольным оптическим (LO) фононам; это свидетельствует о том, что синтезированный материал относится к политипу 3C.

Мойсанит, природная минеральная форма карбида кремния, встречается крайне редко и обнаруживается лишь в ограниченных количествах в метеоритах, месторождениях корунда и кимберлитах. Большая часть продаваемого сегодня на рынке SiC (включая ювелирные изделия с мойсанитом) является синтетической. Производство искусственного карбида кремния началось примерно в 1891 году, и вскоре после этого из этого материала стали изготавливать промышленные абразивы; он также использовался в ранних радиодетекторах и светодиодах (LED).

Устойчивость к коррозии

Карбид кремния химически инертен и устойчив к коррозии под воздействием большинства кислот (соляной, серной и фтористоводородной) и щелочей (концентрированного гидроксида натрия). Кроме того, благодаря своей твёрдости он идеально подходит в качестве опоры для кварцевых приспособлений, используемых при обработке полупроводниковых пластин; однако этот материал деформируется под воздействием высоких температур и изнашивается при очистке химическими веществами, такими как фтористоводородная кислота, если подвергается их воздействию в течение слишком длительного времени. Химическая инертность карбида кремния также делает его отличным опорным материалом благодаря его стойкости.

Карбид кремния в природе встречается в виде прозрачного минерала, известного как муассанит. Впервые он был идентифицирован в 1893 году лауреатом Нобелевской премии по химии Анри Муассаном в метеорите из Аризоны, найденном в районе Каньон-Диабло, как некристаллический материал, впервые обнаруженный в природе; это открытие ознаменовало его появление в природе.

RSiC — это керамический состав, состоящий из кремния и углерода с соотношением Si к C 4:1 и плотностью 3,21 г/см³. Несмотря на то что этот материал нерастворим в воде, он может растворяться в щелочах (NaOH или KOH), а также в растворах, содержащих железо (NaF).

RSiC часто используется благодаря своей твердости в различных процессах абразивной обработки, таких как шлифование, хонингование и водоструйная резка. Кроме того, благодаря своим свойствам, пригодным для изготовления опорных конструкций и стеллажей, этот материал находит применение в высокотемпературных печах для обжига стекла, керамики или плавления металлов; также он служит важным компонентом бронежилетов, автомобильных тормозов и сцеплений, а также высокотехнологичной керамики, например светодиодов.

Износостойкий

Карбид кремния — один из самых твердых известных материалов, сопоставимый с алмазом и карбидом бора. Кроме того, его стойкость к истиранию и термическим нагрузкам превышает 1400 °C, что позволяет использовать его в условиях высоких температур, например, в качестве абразива при механической обработке или пескоструйной очистке. Более того, карбид кремния устойчив к коррозии под воздействием кислотных химических веществ, применяемых для этих целей, — идеальный выбор для использования при высоких температурах!

Долговечность можно оценить по износостойкости, которую можно определить с помощью испытаний на трение. Результаты испытаний показывают, что карбид кремния превосходит специальные стали для обработки грунта по износостойкости на всех типах грунтов; в частности, наплавленное покрытие F-61 с повышенным содержанием ниобия демонстрирует интенсивность износа почти в два раза ниже, чем сталь XAR 600 в аналогичных условиях.

Керамика на основе SiC обладает уникальной микроструктурой, обеспечивающей исключительные механические свойства, а также высокую теплопроводность и низкий коэффициент расширения, что делает её пригодной для использования в условиях высоких температур, а также в агрессивных средах, где требуется коррозионная стойкость. Кроме того, её способность выдерживать сильные удары обеспечивает высокую износостойкость и отличную несущую способность — качества, которые делают эту керамику привлекательным выбором для промышленных целей, таких как механическая обработка и пескоструйная очистка, поскольку она выпускается с абразивом различного размера — от крупного до мелкого.