Grünes Siliziumkarbid

Siliziumkarbid ist eines der härtesten Materialien, die der Mensch kennt. Dank seiner hohen Schnittfestigkeit und Steifigkeit sowie seiner chemischen Beständigkeit und geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten findet Siliziumkarbid in der Industrie vielfältige Anwendung.

SiC-Schleifmittel gibt es in zwei Varianten: grün (99%, rein) und schwarz (97%, rein). Schwarzes SiC wird aus Quarzsand in Verbindung mit Petrolkoks hergestellt, der bei hoher Temperatur in einem Lichtbogenofen elektrisch geschmolzen wurde.

Schleifmittelindustrie

Siliziumkarbid (SiC, auch „Krbndum“ ausgesprochen) ist ein Halbleitermaterial mit großer Bandlücke, das in der Natur als seltenes Mineral namens Moissanit vorkommt; seit 1893 wird es jedoch kommerziell als Pulver und Kristall zur Verwendung als Schleifmittel hergestellt. Darüber hinaus dient SiC als Sinterhilfsmittel bei der Herstellung von Hartmetallen, bei denen es sich um extrem harte Keramikwerkstoffe handelt, die in Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Haltbarkeit zum Einsatz kommen, wie beispielsweise in Autobremsen und kugelsicheren Westen.

Grünes SiC kommt in vielen Schleifprodukten zum Einsatz, von Wasserschleifpapier und beschichteten Schleifmitteln bis hin zu Schleifscheiben, Sandstrahlmitteln, Läppmitteln und Poliermitteln. Es wird außerdem für Schleifscheiben, Sandstrahlmittel, Läppmittel und Poliermittel verwendet – nicht zu vergessen Anwendungen wie beispielsweise in der Gießerei, wo scharfe, längliche Körner bevorzugt gewählt werden können, während blockartige Körner besser für unbeschichtete Produkte oder unbeschichtete Allzweckprodukte geeignet sind.

Grünes SiC ist dafür bekannt, dass es aufgrund seiner Härte eine höhere Schlagfestigkeit als Schleifmittel aus Aluminiumoxid aufweist, wodurch es sich besser zum Schleifen von weniger duktilen Werkstoffen mit geringerer Zugfestigkeit eignet und weniger spröde ist als Aluminiumoxid-Schleifplatten. Siliziumkarbid verfügt zudem über hervorragende thermische Eigenschaften, wodurch es sich perfekt für den Einsatz in Hochtemperatur-Elektronikgeräten und bei der Bearbeitung eignet, bei der die Temperaturen erheblich ansteigen; dies ermöglicht wiederum das Schneiden von Metallen und Keramiken mit höheren Geschwindigkeiten als bei allen anderen Schleifmittelarten.

Schleifindustrie

Grünes Siliziumkarbid ist ein Schleifmaterial, das häufig zum Schleifen und Schneiden von Metall verwendet wird. Aufgrund seiner Härte eignet es sich hervorragend zum Schleifen von Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit und Stabilität wie Keramik, Glas und Nichteisenmetallen sowie von Hartlegierungen. GnPGraystar produziert grünes und schwarzes Siliziumkarbid in verschiedenen Formen, um den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen gerecht zu werden. Die Alpha-Modifikation von Siliziumkarbid (a-SiC) mit einer hexagonalen Kristallstruktur, ähnlich wie bei Wurtzit, gehört zu den beliebtesten Anwendungen. Siliziumkarbid (SiC) findet breite Anwendung in der technischen Keramik, bei feuerfesten Werkstoffen und in der Elektrotechnik. Eine Variante namens Beta-Siliziumkarbid (b-SiC) mit einer Zinkblende-Kristallstruktur ist zwar weniger verbreitet, bietet jedoch eine bessere Verschleißfestigkeit und geringere Ätzraten als herkömmliche SiC-Produkte.

Derzeit wird es für keramische und harzgebundene Schleifscheiben sowie für Strahl-, Schleif-, Läpp- und Polieranwendungen eingesetzt. Es zeichnet sich durch eine extreme Härte von 9,4 auf der Mohs-Skala (Knoop 2600), eine hohe Schneidleistung und stabile chemische Eigenschaften aus – ideale Eigenschaften für ein Schleifmittel.

Grünes Siliziumkarbid erfüllt vielfältige Funktionen. Es wird nicht nur als Schleifmittel verwendet, sondern ist auch ein wesentlicher Bestandteil bei der Herstellung von feuerfesten Materialien und beim Schleifen von Keramik; darüber hinaus wird es als Desoxidationsmittel bei der Eisen- und Stahlherstellung, bei der Herstellung von Siliziumkarbidkeramik, bei thermischen Spritzverfahren, bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen sowie in elektronischen Anwendungen wie der Produktion von Siliziumwafern für die Solarmodulherstellung eingesetzt.

Industrie für Siliziumkarbid-Keramik

Siliziumkarbid ist eine nicht-oxidische Keramik, die in Anwendungen mit hohen Temperaturen, hohem Druck und chemisch anspruchsvollen Bedingungen eingesetzt wird. Die Anwendungsbereiche von Siliziumkarbid reichen von Hartschleifmitteln über korrosionsbeständige Feuerfestmaterialien bis hin zu Keramiken, die als Hochtemperatur-Elektronikbauteile mit hervorragenden Isolationseigenschaften für elektronische Geräte dienen, sowie zur Herstellung von Hartschleifmitteln mit ausgezeichneter Härte; Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturschocks durch Korrosionsschutz als feuerfeste Materialien bis hin zu feuerfesten Materialien, die gegen Korrosion und Temperaturschocks beständig sind, sowie zum Schutz vor Korrosion, während temperaturschockbeständige Keramiken eine hervorragende mechanische Leistung mit einem Elastizitätsmodul von über 400 GPasowie eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen und gleichzeitig beständig gegen Säuren und Laugen sind, wobei sie bei intensiver Beanspruchung eine Härte von 1000 GPa erreichen oder sogar übertreffen!

Siliziumkarbid lässt sich in seinem rohen, halbgesinterten und vollgesinterten Zustand relativ problemlos zu komplexen Geometrien bearbeiten. Leider schrumpft es jedoch während der Verarbeitung durch das Sintern um etwa 20%, was es schwierig macht, bei vollgesinterten Bauteilen enge Toleranzen einzuhalten; daher müssen diese mit Diamantwerkzeugen bearbeitet werden – ein kostspieliger und zeitaufwändiger Prozess.

Siliziumkarbid-Keramiken kommen in so unterschiedlichen Anwendungsbereichen wie der Reibungslager- und dynamischen Dichtungstechnik in Pumpen und Antriebssystemen, der Reibungsdruck- und Ballistiktechnik, der chemischen Produktion, der Energietechnik, der Papierherstellung sowie bei Komponenten für Rohrleitungssysteme zum Einsatz. Aufgrund ihrer überlegenen Eigenschaften wie Kosteneffizienz und langer Lebensdauer im Vergleich zu Metallen bieten Siliziumkarbid-Keramiken deutlich günstigere Preise und eine längere Lebensdauer als ihre metallischen Pendants; Qualitätskontrollen mittels Echtzeit-Röntgenradiographie ermöglichen schnelle Qualitätssicherungsprüfungen, mit denen Fehler wie Eiseneinschlüsse in gesinterten SiC-Bauteilen zügig erkannt werden können.

Andere Branchen

Für den globalen Markt für grünes Siliziumkarbid wird im Prognosezeitraum ein deutliches Wachstum erwartet. Der Automobilsektor in den Entwicklungsländern treibt dieses erwartete Wachstum voran; insbesondere Carborundum-Verbindungen, die in Fahrzeugen für verschiedene Zwecke wie Bremsbeläge, Schleifmittel, Dieselpartikelfilter und sogar hochtemperaturbeständige elektronische Bauteile wie Bremsbeläge oder Filter eingesetzt werden, kommen als Automobilkomponenten zum Einsatz. Darüber hinaus trägt die steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen dazu bei, das Marktwachstum weiter voranzutreiben.

Die außergewöhnlichen Schleifeigenschaften von grünem Siliziumkarbid machen es zu einem hervorragenden Schleifmittel für das Schleifen von Metall-, Glas- und Steinoberflächen. Aufgrund seiner Affinität zu Kohlenstoff eignet es sich besonders gut zum Schleifen von Eisen- und Nickelwerkstoffen; für andere metallische Werkstoffe mit geringerer Zugfestigkeit, wie beispielsweise Stahl, sind jedoch möglicherweise Alternativen auf Aluminiumoxidbasis vorzuziehen.

Die Hauptanwendung von Siliziumkarbid liegt in der Herstellung von feuerfesten Materialien. Feuerfeste Materialien werden zur Auskleidung von Öfen in Stahlwerken und Gießereien sowie für Gießverfahren verwendet, die hohe Temperaturen erfordern; aufgrund seiner Hitzebeständigkeit ist Siliziumkarbid eine attraktive Materialwahl.

Hochreines Siliziumkarbidpulver ist ein unverzichtbarer Rohstoff für Halbleiter und elektronische Bauelemente und spielt eine wesentliche Rolle bei der Züchtung von Siliziumkarbid-Einkristallen, der Herstellung von SiC-Dampfabscheidungsblöcken, bei der Herstellung von LED-Wafern aus SiC sowie aufgrund seiner Härte, Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit als hervorragendes Spiegelmaterial in astronomischen Teleskopen.