Порошок карбіду кремнію

Порошок карбіду кремнію широко застосовується завдяки своїй твердості в абразивних технологічних процесах, таких як шліфування, хонінгування, різання струменем води та піскоструминна обробка. Крім того, карбід кремнію використовується у куленепробивних жилетах для поглинання ударів від снарядів.

Карборундовий абразив — це широко використовуваний абразив у сучасній ювелірній справі. Крім того, він застосовується в техніці карборундового колаграфу.

Твердість

Порошок карбіду кремнію — це синтетично отримана тверда кристалічна сполука кремнію та вуглецю, твердість якої за шкалою Мооса становить 9,5, що ставить його між алмазом і корундом як один із найміцніших поширених абразивних матеріалів. Використовується для шліфування, піскоструминної обробки, притирання та забезпечення хімічної стійкості при підвищених температурах; карбід кремнію має численні сфери застосування як абразивний матеріал.

Едвард Ачесон вперше штучно синтезував моїсаніт у 1891 році, коли він піддавав електричному нагріванню суміш глини (силікату алюмінію) та порошкоподібного коксу. Під час електричного нагрівання суміші Ейчесон помітив дрібні чорні кристали; він вважав, що його сполука нагадує корунд (дорогоцінний камінь, за твердістю схожий на алмаз), тоді як хімік, лауреат Нобелівської премії Анрі Муассен пізніше виявив його природну форму — кристали муассаніту — у каньйоні Діабло в Каліфорнії у вигляді прозорих мінеральних кристалів муассаніту.

SiC — це чудова вогнетривка кераміка, яка відрізняється високою стабільністю та низьким коефіцієнтом теплового розширення при нагріванні до надзвичайно високих температур, а також хімічною чистотою та стійкістю до окислення за таких екстремальних умов. Завдяки цьому SiC широко застосовується як опори для лотків з пластинками та лопатки в напівпровідникових печах, а також у промислових печах і ракетних двигунах, а також для підкладок світлодіодів. «Зелений» карбід кремнію від компанії Panadyne має чистоту понад 99%, що перевищує стандарти JIS, ISO та FEPA!

Теплопровідність

Карбід кремнію (SiC) є одним із найтвердіших відомих матеріалів, його твердість за шкалою Мооса становить 9. Незважаючи на таку високу твердість, він також має чудову теплопровідність і може працювати при високих температурах, не пошкоджуючи ані сам себе, ані сусідні конструкції.

SiC отримують двома основними методами — реакційним зв’язуванням або спіканням. Обидва процеси суттєво впливають на мікроструктуру кінцевих виробів з SiC; SiC, отриманий методом реакційного з'єднання, виготовляється шляхом просочення пресованих заготовок із вуглецево-кремнієвої суміші рідким кремнієм, який з'єднує вихідні частинки між собою, тоді як спікання передбачає випалювання порошкоподібного SiC при температурах, що перевищують 2000 °C, протягом щонайменше однієї години в інертному середовищі.

Обидва методи дозволяють отримувати злитки SiC із шаруватою кристалічною структурою, які потім розрізають і сортують, отримуючи «зелений» або «чорний» SiC, придатний для різних застосувань, зокрема у виробництві абразивних матеріалів, вогнетривів та в металургії.

За даними раманівської спектроскопії мікропорошки SiC зазвичай демонструють яскраво виражені піки, що відповідають як поперечним оптичним (TO), так і поздовжнім оптичним (LO) фононам; це свідчить про те, що синтезований матеріал належить до політипу 3C.

Мойсаніт — природна мінеральна форма карбіду кремнію — є надзвичайно рідкісним і зустрічається лише в обмежених кількостях у метеоритах, родовищах корунду та кімберлітах. Більшість SiC, що сьогодні продається на ринку (включно з ювелірними виробами з мойсаніту), є синтетичним. Виробництво штучного карбіду кремнію розпочалося приблизно в 1891 році, а незабаром після цього з цього матеріалу почали виготовляти промислові абразиви; його також використовували у ранніх радіодетекторах та світлодіодах (LED).

Стійкість до корозії

Карбід кремнію є хімічно інертним і стійким до корозії під дією більшості кислот (соляної, сірчаної та фтористої) та лугів (концентрованого гідроксиду натрію). Крім того, завдяки своїй твердості він ідеально підходить для виготовлення опорних конструкцій для обробки напівпровідникових пластин із кварцу; однак цей матеріал деформується під впливом високих температур і зношується під час очищення хімічними речовинами, такими як фториста кислота, якщо перебуває під їхнім впливом надто довго. Хімічна інертність карбіду кремнію також робить його чудовим опорним матеріалом завдяки його стійкості.

Карбід кремнію у природних умовах зустрічається у вигляді прозорого мінералу, відомого як муассаніт. Вперше його виявив у 1893 році лауреат Нобелівської премії, хімік Анрі Муассан, у метеориті з Арізони, знайденому в районі Каньйон-Діабло, як некристалічний матеріал, який раніше ніколи не зустрічався в природі; це відкриття ознаменувало його появу в природі.

RSiC — це керамічний сполук, що складається з кремнію та вуглецю, із співвідношенням Si до C 4:1 та густиною 3,21 г/см³. Хоча цей матеріал не розчиняється у воді, він може розчинятися в лугах (NaOH або KOH), а також у розчинах, що містять залізо (NaF).

RSiC часто використовується завдяки своїй твердості в різних процесах абразивної обробки, таких як шліфування, хонінгування та різання струменем води. Крім того, завдяки своїм властивостям як матеріалу для опор та полиць він є корисним у високотемпературних печах для випалу скла, кераміки або плавлення металів; також він слугує важливим компонентом куленепробивних жилетів, автомобільних гальм і зчеплень, а також високотехнологічної кераміки, такої як світлодіоди.

Зносостійкий

Карбід кремнію — один із найтвердіших відомих матеріалів, який за своїми характеристиками можна порівняти з алмазом та карбідом бору. Крім того, його стійкість до абразивного зносу та термічних навантажень перевищує 1400 °C, що дозволяє використовувати його у високотемпературних умовах, таких як механічна обробка або піскоструминні абразиви. Більше того, карбід кремнію стійкий до корозії під дією кислотних хімікатів, що застосовуються для цих завдань, — ідеальний варіант для використання у високотемпературних умовах!

Довговічність можна оцінити за допомогою показника зносостійкості, який визначається за допомогою випробувань на тертя. Результати випробувань показують, що карбід кремнію перевершує спеціальні сталі для обробки ґрунту за показниками зносостійкості на всіх типах ґрунтів; зокрема, наплавлення F-61 із підвищеним вмістом ніобію має рівень інтенсивності зносу майже удвічі нижчий, ніж сталь XAR 600 за аналогічних умов.

Кераміка SiC має унікальну мікроструктуру, що забезпечує виняткові механічні властивості, а також виняткову теплопровідність і низький коефіцієнт розширення, завдяки чому вона підходить для застосування в умовах високих температур, а також у агресивних середовищах, де важлива корозійна стійкість. Крім того, її здатність витримувати сильні удари робить її надзвичайно міцною та з високою несучою здатністю — ці якості роблять цю кераміку привабливим варіантом для промислового застосування, наприклад, у механічній обробці та піскоструминній обробці, оскільки вона випускається з різним розміром абразивних зерен — від грубих до дрібних.