Silisyum Karbür Ürünleri

Silikon karbür (SiC), son derece sert ve ısıya dayanıklı bir seramiktir; sahip olduğu birçok arzu edilen özellik sayesinde, ısıya dayanıklı ve sağlam malzemeler gerektiren yüksek performanslı uygulamalar için uygundur. Bu nedenle SiC, geleneksel seramik seçeneklerine tercih edilmektedir.

American Elements, askeri amaçlar, ACS ve reaktif kullanımı; gıda sınıfı ilaç araştırma uygulamaları ve aşındırıcı ürünler için çeşitli kalitelerde SiC sunmaktadır.

Sertlik

Silikon karbür (SiC), yüksek sıcaklıklarda yüksek sertlik ve mekanik kararlılık, düşük genleşme katsayısına sahip olağanüstü ısı iletkenliği, güçlü korozyon ve oksidasyon direnci gibi birçok olağanüstü fiziksel-kimyasal özelliğe sahip, etkileyici bir performans malzemesidir. Kristal yapısında, silikon ve karbondan oluşan ve güçlü kovalent bağlarla birbirine bağlanmış tetrahedral yapılar yer alır. Bu etkileyici özellikler, SiC’nin dikkat çekici fiziksel-kimyasal profilinde bir araya gelmektedir.

1891 yılında, Amerikalı mucit Edward G. Acheson, yapay elmas üretmeye çalışırken silikon karbürü keşfetti. Bunu yapmak için, bir demir kasede kil ve toz kok karışımını, kasenin kendisini ve sıradan bir karbon ark lambasını elektrot olarak kullanarak ısıttı; bir elektrota yapışmış parlak yeşil kristalleri görünce önemli bir keşif yaptığını anladı ve elmasa benzer sertliğe sahip bu yeni bileşiğe “karborundum” adını verdi.

Silikon karbürün yüksek erime noktası, kimyasal inertliği ve termal şok direnci, onu yüksek sıcaklıktaki erimiş metaller ve petrokimya fırınları gibi aşırı sıcaklık uçlarının yaşandığı zorlu endüstriyel ortamlar için uygun hale getirir. Ayrıca, mukavemeti, dayanıklılığı ve korozyon direnci sayesinde kum püskürtme enjektörleri, pompa yatakları ve kesici aletler gibi mühendislik uygulamalarında da kullanışlıdır.

SiC, saf silikon ve karbon tozunun sinterlenmesi ya da reaksiyonla birleştirme yoluyla üretilebilir; oluşum yöntemi, nihai mikroyapısını büyük ölçüde etkiler. Reaksiyonla birleştirilmiş SiC, SiC karışımlarının sıvı silikonla sızdırılmasıyla oluşur; sızdırılmış bu sıkıştırılmış parçalar, karbonla reaksiyona girerek orijinal parçacıklarına bağlanır ve SiC parçacıkları arasında reaksiyon bağları oluşturur. Sinterlenmiş SiC, saf SiC tozunun oksit içermeyen sinterleme yardımcı maddeleriyle karıştırılması ve ardından geleneksel seramik şekillendirme süreçleri kullanılarak malzemenin yüksek sıcaklıklarda sinterlenmesi yoluyla hazırlanır.

Uygun bir sertlik test sistemi kullanılarak, her tür malzemeden alınan numunelerin sertliği ölçülebilir. Sertlik ile çekme mukavemeti gibi diğer özellikler arasında bir ilişki kurmak için, sertlik test sonuçlarının öncelikle kalibrasyon amacıyla kullanılan değerlere göre kalibre edilmesi gerekir.

Kullanılan indenter türlerine, uygulanan yüklere ve bekleme sürelerine bağlı olarak, malzemelerin sertlik testleri büyük farklılıklar gösterebilir. Bu nedenle, kritik uygulamalar için tasarlanan malzemelerin elenmesinde sertlik testleri yalnızca genel bir kılavuz olarak kullanılmalıdır.

Korozyon Direnci

Silikon karbür, zorlu endüstriyel ortamlarda mükemmel korozyon direncine sahip, oksit içermeyen bir seramiktir. Malzemenin kristal yapısı, oksijen molekülleri ile yüzey tabakası arasında doğrudan teması engeller ve bu sayede zamanla bozulmasını önler. Bu özelliği, silikon karbidi, erimiş tuzlar veya metal alaşımları gibi agresif kimyasal maddelerin potansiyel olarak ona zarar verebileceği yüksek sıcaklıklı uygulamalarda özellikle değerli kılar; bu da yüksek sıcaklık direncini, refrakter, seramik ve cam endüstrilerinde silikon karbid kullanımının temel bir avantajı haline getirir.

Sinterlenmiş silikon karbür (SSiC), korozyon direnciyle öne çıkmaktadır; bu malzeme, etkileyici çeşitlilikte asitlere (fosforik, sülfürik, hidroklorik ve nitrik asitler) ve ayrıca aminler, potas ve kostik soda gibi bazlara karşı dayanıklılık gösterir. Ayrıca, düşük termal genleşme oranlarına sahiptir ve yüksek sıcaklıklı uygulamalarda ideal bir refrakter olarak bile kullanılabilir; aynı zamanda pompalarda, vanalarda, kum püskürtme enjektörlerinde ve ekstrüzyon kalıplarında aşınmaya dayanıklı malzeme olarak yaygın olarak kullanılır.

Kum püskürtülmüş SiC, kağıt üzerine baskı izleri oluşturmak için silindirlerden gelen mürekkebi tutan tanecikli yüzeyli seramik plakaların kullanıldığı karborundum baskı tekniğinde sıklıkla kullanılmaktadır. Ayrıca, silikon karbür, yüksek hızlı darbeleri hafifletme özelliği nedeniyle uzun süredir kurşun geçirmez yeleklerde darbe emici bir bileşen olarak kullanılmaktadır.

Silikon karbür bazlı aşındırıcılar, refrakterler ve seramiklerin modern üretiminde, elektrik direnci tipi bir fırın içindeki karbon iletkeninin etrafına yerleştirilen, saf silika kumu ile karbon kokunun karışımı kullanılır; burada elektrik akımı, koktaki karbon ile kumdaki silikon arasında kimyasal reaksiyonlara neden olur ve bu da yüksek sıcaklıklarda ürünün sinterlenmesine yol açar.

Junty, kum püskürtülmüş granüller, sinterlenmiş küresel taneler, preslenmiş küresel parçalar ve grafit katkılı silikon karbür refrakterler gibi, titiz teknik şartnamelerinize tam olarak uyacak şekilde tasarlanmış kapsamlı bir SiC ürün yelpazesi sunmaktadır. Her bir ürün türü, çeşitli uygulamalara uyum sağlamak üzere farklı boyutlarda mevcuttur – hemen bizimle iletişime geçin ve endüstri standartlarını karşılayan veya aşan kaliteli malzemeleri hızlı ve bütçenize uygun bir şekilde sunarak uygulamanızın performansını nasıl artırabileceğimizi öğrenin!

Elektriksel Özellikler

Silikon karbür, düşük sıcaklıklarda hem metal hem de yalıtkan gibi davranırken, daha yüksek sıcaklıklarda ise akımın serbestçe geçmesine izin veren bir yarı iletken olarak işlev görme gibi benzersiz bir özelliğe sahiptir.

SiC, özellikle yüksek iletkenliği sayesinde yüksek gerilimdeki elektriksel uygulamalar için ideal bir malzemedir. SiC’nin sistem kayıplarını ve enerji tüketimini azaltması, güç elektroniği cihazlarının daha küçük ve enerji açısından daha verimli olmasını sağlar; bu durum, şarj sürelerini kısaltırken sistemin genel boyutunu ve ağırlığını azaltarak elektrikli araçlar için hızlı şarj sistemlerine de katkı sağlar.

Sinterlenmiş silikon karbür üretimi, karbon malzemesi ile petrol koku veya kuvars kumu gibi hammaddelerin, elektrik dirençli bir fırında son derece yüksek sıcaklıklarda kimyasal reaksiyona sokularak SiC’nin oluşturulmasıyla başlar. Oluşturulduktan sonra, bu ham malzeme, belirli uygulamalar için uygun saflık seviyelerine ulaşmak üzere yapılacak ilave ayırma ve kimyasal işlemlerden önce, gerekli tane boyutu ve şekline ulaşmak amacıyla kırma ve öğütme işlemlerinden geçirilmelidir.

Sıcaklık ve safsızlık içeriği, hangi SiC türlerinin üretileceğini belirler; örneğin, altıgen kristal yapıya sahip alfa silikon karbür (a-SiC) ve wurtzite (ZnCr₂O₄) oluşumu daha yüksek sıcaklıklarda meydana gelirken, beta SiC (ZnSiC) daha düşük sıcaklıklarda oluşur.

Silikon karbür, yalnızca elektriksel özellikleriyle değil, aynı zamanda yüksek sıcaklıklarda sergilediği kimyasal inertliği ile de öne çıkmaktadır; bu özelliği, onu otomotiv frenleri ve debriyajları, kurşun geçirmez yelekler ve kurşun dirençli yelekler gibi seramik uygulamaları için cazip bir aday haline getirmektedir. Yüksek kaliteli SiC, bu uygulamalar sırasında karşılaşılan yüksek gerilmelere ve sıcaklıklara dayanabilir, böylece daha uzun ömür ve daha yüksek performans sağlar. Silikon karbür transistörler ayrıca silikon muadillerine kıyasla çok daha yüksek bir kırılma gerilimine sahiptir; bu da güç kayıplarını azaltır ve verimliliği artırır. Silikon karbürün elektriksel yalıtım özellikleri, öngörülemeyen iletim davranışları veya ciddi arızalar yaşamadan yüksek gerilimlere dayanması gereken elektrikli araç şarj cihazları için özellikle avantajlıdır. Bu nedenle, birçok elektrikli araç üreticisi ürünlerinde silikon karbür kullanmaya başlamaktadır.

Kimyasal Atalet

Silikon Karbür (SiC), silikon ve karbondan oluşan ve doğada nadir bir mineral olan moissanit olarak bulunan son derece sert bir kimyasal bileşiktir; ancak 1893 yılından bu yana yapılan seri üretim sayesinde bu kimyasal malzeme, aşındırıcılar için toz veya kristal halinde temin edilebilir hale gelmiştir. Silikon karbür taneleri ayrıca birbirine bağlanarak otomobil frenlerinde, debriyajlarda, kurşun geçirmez yelek plakalarında ve kurşun geçirmez yelek astarlarında kullanılan seramik malzemeler haline getirilebilir. Son olarak, sinterleme yoluyla büyük tek kristal SiC parçaları oluşturulabilir ve bu sayede sentetik moissanit olarak bilinen sentetik moissanit değerli taşları üretilebilir.

Silikon karbür, yüksek sıcaklık dayanımı, düşük termal genleşme ve korozyona karşı direncini bir araya getirmesi sayesinde birçok endüstri dalında kullanım için uygundur. Mohs sertlik ölçeğinde 9 değerine sahip olan (bu değerle elmas ve bor karbürden sonra gelir) silikon karbür, taşlama diskleri gibi aşındırıcıların yanı sıra kağıt ve kumaş ürünlerinde ve kimyasallara dayanıklı refrakter malzemelerin üretiminde de oldukça rağbet gören bir malzemedir.

Seramik malzeme, asitlere ve alkalilere, erimiş metallere ve camın aşındırıcı etkilerine karşı olduğu kadar termal şoka karşı da mükemmel bir direnç gösterir. Ayrıca, sıfır gözenekliliği ve düşük gözenek yoğunluğu sayesinde, az miktarda yağlama gerektiren agresif ortamlarda çalışması gereken mekanik contalar ve yataklar için uygundur.

Silikon karbürün yüksek sıcaklıkta sergilediği mukavemet, sertlik ve rijitlik özellikleri, onu astronomik teleskopların ayna yapımında tercih edilen bir malzeme haline getirmektedir. Bu çok yönlü malzemenin bu alandaki kullanımı henüz nispeten yeni olsa da, Herschel Uzay Teleskobu gibi birçok gözlemevi halihazırda bu amaçla silikon karbür aynalar kullanmaktadır. Ayrıca, silikon karbürün düşük ısıl genleşmesi, fırın astarları ve fırın duvarlarının yapımında olduğu kadar, sıhhi tesisat ürünleri gibi seramik ürünlerde de kullanıldığında avantajlar sunmaktadır.

Zirkonya bazlı SiC elektrolit malzemeleri, pil teknolojisini geliştirmenin potansiyel yolları olarak şu anda araştırma aşamasındadır. Bu malzemeler iyi iyonik iletkenlik ve yapısal bütünlük sunsa da, hazırlık sürecinde en iyi sonuçların elde edilmesi için yüksek çalışma sıcaklıkları gerekmektedir. Maliyet, yaygın olarak benimsenmesini engellese de, zirkonyum IGBT'ler, 600 V'u aşan güç dönüştürme uygulamalarında silikon IGBT'lere göre avantajlar sunmaktadır.