Kiselkarbidblandning

Kiselkarbid, mer allmänt kallat karborundum, är en extremt hård syntetisk kristallin förening bestående av kisel och kol som kännetecknas av hög värmeledningsförmåga, låg utvidgningskoefficient, motståndskraft mot kemiska reaktioner och halvledande egenskaper.

Moissanite, dess naturliga motsvarighet, förekommer som mineral men finns endast i mycket begränsade mängder i meteoriter och kimberlitfyndigheter; därför tillverkas den nästan uteslutande syntetiskt.

Hårdhet

Kiselkarbid (SiC) är en hård förening av kisel och kol och förekommer naturligt som mineralet moissanit i Arizonas meteoritkrater Canyon Diablo. Edward Acheson började massproducera SiC 1893 för användning som industriellt slipmedel, men sedan dess har användningen av SiC som bas för långlivade keramiska applikationer, t.ex. bilbromsar/kopplingar/västar, blivit allt vanligare.

Hårdhetsmätningar på Mohs-skalan placerar det bland de hårdaste material som människan känner till, vilket gör det till ett av de hårdaste material som finns. Dess mycket höga hårdhet (9 på Mohs) gör det dessutom tillräckligt hållbart för att stå emot stötar och slitage samt korrosionsbeständighet och har låg värmeledningsförmåga och expansionshastighet jämfört med liknande material. Genom dopning med bor, niob eller aluminium kan det dessutom bli ett halvledarmaterial av p-typ.

Kiselkarbid har en tätpackad struktur bestående av kol- och kiselatomer som är kovalent bundna till varandra i fyra-atom-bindningar via tetraedriska bindningar, vilket gör ett fast ämne olösligt i vatten, alkohol och de flesta organiska föreningar men lösligt i smälta alkalier och järn. SiC är känt för sina fascinerande elektriska egenskaper; resistansen varierar över sju storleksordningar på grund av de många polytyper som finns i dess kemiska sammansättning.

Hållbarhet

Kiselkarbid är mycket slitstarkt och tål höga trycknivåer. Smältpunkten överstiger 2.000 grader Celsius och den låga värmeutvidgningskoefficienten gör den lämplig för högtemperaturtillämpningar.

Edward Goodrich Acheson var pionjär i den kommersiella produktionen 1891. Acheson använde kol från stenkol som elektrod och värmde en blandning av lera och pulveriserad koks i en järnskål; ljusgröna kristaller bildades som var mycket hårda och liknade diamanter; denna förening var ursprungligen känd som karborundum men är idag känd som SiC.

Kolfiberarmerad plast (CFRP) är ett otroligt material och ett av de hårdaste ämnen som människan känner till, endast överträffat av diamant, kubisk bornitrid och borkarbid. Med en Mohs-hårdhetsgrad på 9 används kolfiber i stor utsträckning inom en mängd olika områden: det finns som slipmedel som sandpapper och slipskivor, i industriugnar som eldfast material för ugnar, som skärverktyg för skärbord och till och med i bilbromsar/kopplingar!

Keramikens kemiska inertitet gör att den motstår korrosion från olika kemikalier och behåller sin styrka över ett brett temperaturområde. Keramik är också en integrerad del av kompositpansarsystem som är effektiva mot både nuvarande och nya ballistiska hot, inklusive Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories högpresterande lätta SiC-keramer som reaktionsbunden SiC (RBSC), sintrad SiC och karborundum för denna användning.

Termisk konduktivitet

Kiselkarbid är typiskt sett en isolator i sin renaste form, men med tillsats av föroreningar eller dopning kan det uppvisa halvledande egenskaper. Dessutom har detta material enastående hållbarhetsegenskaper för tillämpningar vid höga temperaturer; dessutom har det låga neutrontvärsnitt och beständighet mot strålningsskador.

SiC:s värmeledningsförmåga beror på dess struktur och kristallstorlek. Som med de flesta fasta ämnen ökar dess värmeledningsförmåga med temperaturen. Enkristallin SiC har hög värmeledningsförmåga medan polykristallin SiC tenderar att ha lägre värden på grund av slumpmässig fördelning av korn som bidrar med ytspridningseffekter.

Kiselkarbid finns i olika polymorfer, där alfa-kiselkarbid (a-SiC) är den mest kända versionen. A-SiC har hexagonala kristallstrukturer som liknar dem som ses i wurtzit; betamodifiering b-SiC har zinkblendekristallstrukturer som liknar diamant, och mindre vanligt förekommande former kan till och med fungera som katalysatorstödmaterial.

Nya SEM-bilder av både a-SiC och b-SiC samlades in för att studera hur syntesprocessen påverkade deras mikrostruktur och värmeledningsförmåga. Resultaten visade att värmeledningsförmågan hos a-SiC minskade med ökande halsstorlek, vilket tyder på diffus ytspridning som orsak. Däremot ökade värmeledningsförmågan hos b-SiC med halsstorleken; denna trend passar med Callaway-Holland-modellens förutsägelser om temperaturberoende av värmeledningsförmåga för fononiska kristaller.

Elektrisk konduktivitet

Kiselkarbid, en hård kemisk förening som består av kiseldioxid och kol, används ofta som slipmedel i lapidariska och industriella miljöer som sandpapper, slipskivor, vattenstråleskärning och sandblästring. Eldfasta infodringar, värmeelement och brännarmunstycken använder också ofta detta värmebeständiga material med en extremt hållbar Mohs-hårdhet på 9. Dessutom förblir kiselkarbid kemiskt inert och motståndskraftigt mot korrosion av saltsyra, svavelsyra och fluorvätesyra.

Elektriskt är SiC typiskt sett en isolator i rent tillstånd, men med vissa tillsatser eller dopningsmedel kan det uppvisa halvledaregenskaper, t.ex. ledningsförmåga av n-typ genom att dela elektronpar inom sin tetraedriska kovalenta bindningsstruktur genom s.k. sp3-hybridorbitaler.

Enkristaller av SiC med en inneboende konduktivitet på cirka 3,1 +-0,2 eV har högre konduktivitet än rent kisel eller galliumnitrid, vilket tyder på att de kan ge förbättrad elektrisk konduktivitet för elektriska tillämpningar.

Henan Superior Abrasives kiselkarbidprodukter är ett idealiskt val för användning i elektroniska enheter på grund av deras överlägsna spänningsresistens - 10 gånger högre än för vanligt kisel och högre än för galliumnitrid! Dessutom uppvisar vårt utbud av högkvalitativa kiselkarbider utmärkta oxidations- och termiska chockbeständighetsegenskaper som gör detta material perfekt för applikationer i elektroniska enheter. Med vårt engagemang för kundnöjdhet och excellens i hjärtat kan du bara räkna med det bästa från oss! Ring oss nu för att få mer information om våra produkter! Kontakta oss nu för att få veta mer!