Silicijev karbid v prahu

Silicijev karbid v prahu se zaradi svoje trdote pogosto uporablja pri abrazivni obdelavi, kot so brušenje, honiranje, rezanje z vodnim curkom in peskanje. Poleg tega se v neprebojnih jopičih silicijev karbid uporablja za absorpcijo udarcev izstrelkov.

Karborundova zrnca se pogosto uporabljajo v sodobnem lapidarstvu. Poleg tega ga lahko najdemo kot del karborundne tehnike tiska v kolagrafih.

Trdota

Silicijev karbid v prahu je sintetično proizvedena trda kristalinična spojina silicija in ogljika s trdoto 9,5 po Mohsovi lestvici, kar ga uvršča med diamant in korund kot enega najtrših običajnih brusnih materialov. Uporablja se za brušenje, peskanje, dotikanje in kemično odpornost pri povišanih temperaturah; silicijev karbid se kot abrazivni material velikokrat uporablja.

Edward Acheson je leta 1891 prvič umetno sintetiziral moisanit, ko je električno segrel mešanico gline (aluminijevega silikata) in koksa v prahu. Acheson je pri električnem segrevanju mešanice opazil majhne črne kristale; menil je, da je njegova spojina podobna korundu (dragocenemu kamnu, ki je po trdoti podoben diamantu), Nobelov nagrajenec za kemijo Henri Moissan pa je kasneje opazil njegovo naravno obliko kot kristale moisanita v kanjonu Diablo v Kaliforniji kot kristale prozornega minerala moisanita.

SiC je odlična ognjevzdržna keramika, ki se pri segrevanju na izjemno visoke temperature ponaša z odlično stabilnostjo in majhnim toplotnim raztezkom, pri čemer zagotavlja kemično čistost in odpornost proti oksidaciji pri teh ekstremnih temperaturah. Zato se SiC pogosto uporablja kot nosilci za pladnje za rezine in blazinice v pečeh za polprevodnike ter v industrijskih pečeh in raketnih motorjih ter za podlage za svetleče diode. Panadyneov zeleni silicijev karbid je dosegel čistost več kot 99%, kar presega standarde JIS, ISO in FEPA!

Toplotna prevodnost

Silicijev karbid (SiC) je eden od najtrših materialov, saj je njegova trdota po Mohsovi lestvici 9. Kljub svoji trdoti ima tudi odlično toplotno prevodnost in lahko deluje pri visokih temperaturah, ne da bi poškodoval sebe ali bližnje strukture.

SiC nastane na dva glavna načina - z reakcijskim spajanjem ali sintranjem. Oba postopka pomembno vplivata na mikrostrukturo končnih izdelkov iz SiC; reakcijsko vezani SiC je mogoče izdelati z infiltriranjem kompaktov mešanice ogljika in silicija s tekočim silicijem, ki poveže začetne delce med seboj, medtem ko sintranje vključuje žganje SiC v prahu pri temperaturah nad 2000 oC vsaj eno uro v inertnem okolju.

Pri obeh metodah se pridobivajo ingoti SiC s plastovitimi kristalnimi strukturami, ki se nato razrežejo in sortirajo v zeleni ali črni SiC, primeren za različne uporabe, kot so abrazivi, ognjevzdržni materiali in metalurgija.

Pri Ramanovi spektroskopiji imajo mikropraški SiC običajno močne vrhove, ki ustrezajo prečnim optičnim (TO) in vzdolžnim optičnim (LO) fononom; to kaže, da njihov sintetizirani material pripada politipu 3C.

Moissanit, naravna mineralna oblika silicijevega karbida, je izjemno redek in ga v omejenih količinah najdemo le v meteoritih, nahajališčih korunda in kimberlitih. Večina komercialno prodajanega SiC (vključno z nakitom iz moissanita) je danes sintetična. Umetni silicijev karbid so začeli proizvajati okoli leta 1891, kmalu zatem pa so iz tega materiala začeli izdelovati industrijske abrazive; uporabljali so ga tudi zgodnji radijski detektorji in svetleče diode (LED).

Odpornost na korozijo

Silicijev karbid je kemično inerten in odporen proti koroziji z večino kislin (klorovodikova, žveplova in fluorovodikova) in baz (koncentrirani natrijevi hidroksidi). Poleg tega je zaradi svoje trdote idealen za podpiranje priprav za obdelavo polprevodniških rezin, izdelanih iz kremena; vendar se ta material pri visokih temperaturah deformira in obrablja pri čiščenju s kemikalijami, kot je fluorovodikova kislina, če je predolgo izpostavljen. Silicijev karbid je zaradi svoje kemične inertnosti tudi odličen podporni material, saj je odporen.

Silicijev karbid v naravi obstaja kot prozoren mineral, znan kot moissanit. Nobelov nagrajenec Henri Moissan ga je leta 1893 v arizonskem meteoritu z območja Canyon Diablo prvič identificiral kot nekristalno snov, kar je pomenilo njegovo prvo odkritje v naravi.

RSiC je keramična spojina, sestavljena iz silicija in ogljika, z razmerjem med Si in C 4:1 in gostoto 3,21 g cm-3. Čeprav je ta material netopen v vodi, ga je mogoče raztopiti v alkalijih (NaOH ali KOH) in raztopinah, ki vsebujejo železo (NaF).

RSiC se pogosto uporablja zaradi svoje trdote pri različnih postopkih abrazivne obdelave, kot so brušenje, honing in rezanje z vodnim curkom. Poleg tega je zaradi svojih lastnosti podpornega in odlagalnega materiala uporaben v visokotemperaturnih pečeh za žganje stekla, keramike ali taljenje kovin; poleg tega je bistvena sestavina neprebojnih jopičev, avtomobilskih zavor in sklopk ter visoko zmogljive keramike, kot so svetleče diode.

Odpornost na obrabo

Silicijev karbid je eden najtrših znanih materialov, primerljiv z diamantom in borovim karbidom. Poleg tega je njegova odpornost na abrazijo in toplotno obremenitev višja od 1400 stopinj Celzija za uporabo pri visokih temperaturah, kot so abrazivi za strojno obdelavo ali peskanje. Poleg tega je silicijev karbid odporen proti koroziji zaradi kislih kemikalij, ki se uporabljajo pri teh nalogah - kot nalašč za uporabo pri visokih temperaturah!

Trajnost lahko merimo z odpornostjo proti obrabi, ki jo lahko določimo s preskusi trenja. Rezultati preskusov razkrivajo, da silicijev karbid prekaša posebna jekla za obdelavo tal, ko gre za odpornost proti obrabi v vseh vrstah tal; zlasti pri zvaru F-61 s povečano vsebnostjo niobija je stopnja intenzivnosti obrabe skoraj dvakrat nižja kot pri jeklu XAR 600 v podobnih pogojih.

Keramika SiC ima izjemno mikrostrukturo, ki ustvarja izjemne mehanske lastnosti z izjemno toplotno prevodnostjo in nizkim koeficientom raztezanja, zaradi česar je primerna za uporabo pri visokih temperaturah in v agresivnih okoljih, kot je odpornost proti koroziji. Poleg tega je zaradi svoje zmožnosti prenašanja močnih udarcev zelo trpežna in ima odlične nosilne sposobnosti - lastnosti, zaradi katerih je ta keramika privlačna izbira za industrijsko uporabo, kot sta strojna obdelava in peskanje, saj je na voljo v različnih velikostih zrn, od grobih do finih.