Prášok karbidu kremíka

SiC je ideálnym materiálom na použitie v meničoch batérií pre elektrické vozidlá vďaka svojej schopnosti odolávať vysokým napätiam a zároveň zabezpečiť efektívnejšiu úsporu energie a dlhšiu dojazdovú vzdialenosť.

Hoci sa karbid kremíka (SiC) v malom množstve prirodzene vyskytuje v meteoritoch, ložiskách korundu a kimberlite, väčšina dnes predávaného SiC sa vyrába synteticky a je to tvrdý a krehký materiál s jedinečnými fyzikálnymi vlastnosťami.

Tvrdosť

Karbid kremíka, často označovaný skratkou SiC, je extrémne tvrdá kryštalická zlúčenina kremíka a uhlíka, ktorá sa masovo vyrába od konca 19. storočia na použitie ako abrazívum a na rôzne priemyselné účely, napríklad ako žiaruvzdorné výmurovky pecí alebo vykurovacie telesá priemyselných pecí, súčasti čerpadiel a raketových motorov odolné proti opotrebovaniu a ako polovodičový substrát pre svetelné diódy (LED).

SiC je známy svojou extrémnou tvrdosťou (9 stupňov Mohsovej stupnice), odolnosťou proti oderu, chemickou inertnosťou a tepelnou vodivosťou - vlastnosťami, vďaka ktorým je vhodný na vysokoteplotné aplikácie, ako sú žiaruvzdorné materiály. Okrem toho si SiC zachováva pevnosť aj pri zvýšených teplotách, čo z neho robí vynikajúci materiál.

Edward Goodrich Acheson prvýkrát úspešne vyrobil karbid kremíka v roku 1891, keď zahrieval zmes ílu (kremičitanu hlinitého) a práškového koksu (uhlíka). Tento materiál nazval karborundum, amalgám uhlia a diamantu. Následne Henri Moissan úspešne vytvoril karbid kremíka buď rozpustením uhlíka v kvapalnom kremíku, alebo jeho roztavením na karbid vápnika a oxid kremičitý.

V súčasnosti je väčšina karbidu kremíka predávaného na celom svete syntetická a vyrába sa buď kalcináciou zelených blokov v mlyne Barmac alebo v Raymondovom mlyne a následným drvením na veľmi jemný prášok pomocou sitovania. Čierny karbid kremíka sa spracúva podľa presných špecifikácií, aby vyhovoval presným lapovacím, leštiacim a protišmykovým aplikáciám; drôteným pílam na kremeň; ako aj povlakovaným a lepeným brúsnym výrobkom.

Tepelná vodivosť

Karbid kremíka (SiC) je jednou z najtvrdších, najpevnejších a najužitočnejších chemických zlúčenín, aké človek pozná. Prirodzene sa vyskytuje ako drahokam moissanit v extrémne vzácnych formách, SiC sa masovo vyrába od roku 1893 vo forme prášku a kryštálov na použitie ako abrazívny a priemyselný materiál s vynikajúcimi vlastnosťami pevnosti, húževnatosti a tepelnej vodivosti.

SiC sa skladá z tesne uložených atómov Si a C usporiadaných do štvoratómových koordinačných tetraédrov, ktoré vytvárajú výnimočne tvrdý a pevný materiál. Je odolný voči väčšine organických kyselín, anorganických kyselín a roztavených solí s výnimkou kyseliny fluorovodíkovej a fluoridov kyselín; jeho jedinečná tetraedrická štruktúra tiež poskytuje výnimočnú odolnosť voči tepelným šokom na použitie pri vysokých teplotách.

Čistý karbid kremíka sa môže pochváliť extrémne vysokou tepelnou vodivosťou pri izbovej teplote - približne 490 Wm-1 K-1 vďaka absencii nečistôt alebo štrukturálnych defektov v jeho kryštálovej mriežke - zatiaľ čo polykryštalická SiC keramika vykazuje výrazne nižšiu vodivosť v dôsledku náhodnej orientácie zŕn, sekundárnych fáz s nižšou vodivosťou na hraniciach zŕn alebo mriežkových nečistôt.

Spoločnosť Foundry Service poskytuje porézny aj plne zhutnený b-SiC v širokej škále veľkostí a chemických zložení na rôzne aplikácie, ako sú napríklad abrazívne tryskanie, protišmykové povlaky, povlakované abrazíva, keramické brúsne kotúče a žiaruvzdorné materiály. Všetky ponúkané materiály boli nezávisle certifikované ako spĺňajúce príslušné normy.

Odolnosť voči korózii

Prášok karbidu kremíka ponúka výnimočnú odolnosť proti oderu a ochranu proti korózii, okrem toho je vysoko žiaruvzdorný, má vynikajúcu tepelnú vodivosť a nízky koeficient rozťažnosti - vlastnosti, ktoré ho predurčujú na priemyselné použitie. Svetlosivý odtieň karbidu kremíka, podobný tvrdosti a hustote diamantu, ale menšia pravdepodobnosť prasknutia alebo poškriabania ho predurčujú na použitie ako priemyselný materiál.

Medzi elektrické vlastnosti grafénu patria jeho polovodičové vlastnosti a široký rozsah odporu v rôznych zloženiach - až sedem rádov medzi zloženiami. Je nerozpustný vo vode a alkohole, ale má vyššiu teplotu topenia ako diamant. Okrem toho grafén dobre chránia jeho vysoko odolné vlastnosti voči kyselinám, oderu a korózii; niektoré kyseliny fluorovodíkové a dusičné pri vyšších teplotách však spôsobujú jeho rýchlu koróziu.

Reakčne viazaný karbid kremíka je zvyčajne veľmi odolný voči korózii v chemických aplikáciách, s výnimkou niektorých oxidačných kyselín (napríklad dusičnej a fluorovodíkovej). Táto odolnosť vyplýva z jeho vynikajúcej odolnosti proti oderu.

Reakčne viazaný karbid kremíka sa dá ľahko formovať do foriem zmiešaním s plastifikátorom a vodou na vytvorenie suspenzie a následným odlievaním alebo vytláčaním pomocou valcovania, filtračného lisu alebo hydrostatického tlaku. Tento proces tvarovania musí prebiehať bez zásahov vápnika, ktorý by inak narušil jeho korózne vlastnosti; na splnenie tejto úlohy sa často používajú sadrové formy namiesto tradičných foriem na báze piesku ako materiál na výrobu foriem.

Odolnosť voči abrazívnym látkam

Karbid kremíka má na Mohsovej stupnici hodnotu 9,1 a vďaka svojej tvrdosti je ideálny na rezanie veľmi tvrdých materiálov alebo tvrdých povrchov, ako je napríklad žula. Okrem toho sa vďaka vysokej reznej rýchlosti a odolnosti voči opotrebovaniu s obľubou používa pri výrobe brúsnych kotúčov, rezných nástrojov, brúsnych papierov a pri pieskovaní.

Čierny karbid kremíka sa často používa v keramike na presné brúsenie kovových a sklenených dielov na dosiahnutie presných rozmerov a hladkých povrchov, často v kombinácii s karbidom bóru na zvýšenie odolnosti a výkonu pri vysokoteplotných aplikáciách. Okrem toho je tento materiál užitočný pri výrobe moderných žiaruvzdorných výrobkov používaných v priemyselných odvetviach, ako je metalurgia, tavenie a odlievanie.

Karbid kremíka je nevyhnutný v leteckom a kozmickom priemysle na výrobu súčiastok motorov, ktoré odolávajú extrémnym teplotám a tepelným šokom, a v solárnych paneloch a palivových článkoch na rozptyľovanie tepla s cieľom zvýšiť účinnosť a životnosť. Karbid kremíka zohráva významnú úlohu aj v polovodičovej technológii, kde jeho tepelná odolnosť umožňuje použitie zariadení na spracovanie doštičiek.

Karbid kremíka viazaný nitridom bol nedávno testovaný v rôznych pôdnych podmienkach s cieľom určiť jeho odolnosť proti opotrebovaniu. Analýza ukázala, že ľahká pôda poskytuje optimálnu odolnosť proti opotrebovaniu; ich rýchlosť opotrebovania by však stále mohla byť ovplyvnená typom ocele použitej na pracovné časti v týchto podmienkach.