Piikarbidi ja karborundumi

Piikarbidi (SiC) on kova kemiallinen yhdiste, joka koostuu piistä ja hiilestä ja jota esiintyy luonnossa moissanitina, vaikka sen massatuotanto aloitettiin vuonna 1893 hioma-aineeksi. Lisäksi SiC:tä voidaan käyttää erittäin kestävien keraamisten materiaalien valmistuksessa, joita käytetään sovelluksissa, joissa vaaditaan suurta kestävyyttä, kuten luodinkestävissä liiveissä.

Se on kovaa materiaalia

Piikarbidi (SiC), jota yleisesti kutsutaan nimellä Carborundum, on erittäin kova hioma-aine, jota käytetään puhdistusaineissa, pintojen esikäsittelyssä maalausta varten sekä vanhojen pinnoitteiden poistamiseen tuotteiden pinnoilta. SiC on myös tehokas polttoaineen lähde esimerkiksi pumppuissa ja kompressoreissa, ja sitä käytetään myös hiekkapuhalluslaitteissa, jotka suihkuttavat hioma-ainetta suurella nopeudella pintojen yli.

Piidioksidi on erittäin kova materiaali, ja sen kaistanleveys on yksi markkinoiden suurimmista puolijohteiden joukossa; vain timantti, kuutiollinen boorinitridi ja boorikarbidi ovat sitä kovempia. Piikarbidi valmistetaan saattamalla pii ja hiili reagoimaan korkeassa lämpötilassa hapettomassa ympäristössä, ja sitä on saatavana eri muodoissa, kuten jauheena, kuituina tai kiinteänä materiaalina käyttöä varten.

Nykyaikainen SiC:n tuotanto hioma-, metallurgia- ja tulenkestävien materiaalien teollisuudessa noudattaa Edward Goodrich Achesonin kehittämää menetelmää. Raaka piihiekka ja hiili jauhetun koksin muodossa yhdistetään Acheson-tyyppisessä grafiittisessa sähkövastusuunissa, jossa sähkövirta kulkee johtimen läpi ja laukaisee molempien materiaalien välisiä kemiallisia reaktioita, jolloin syntyy piikarbidiharkkoja, joita jalostetaan edelleen erilaisiin käyttötarkoituksiin.

Se on hankaavaa

Piikarbidi (SiC) on sähköä johtava materiaali, jolla on erinomainen kulutuskestävyys, korkea lämmönjohtavuus ja alhainen lämpölaajenemiskerroin. Hioma-aineena sillä on monenlaisia teollisia käyttökohteita – se on vaihtoehto korundille ja timanttihioma-aineille, joiden kulutuskestävyys on erinomainen; sitä käytetään jopa tähtiteleskooppien peilimateriaalina! Piikarbidia käytetään hiomalaikoissa ja leikkuutyökaluissa hiomakäsittelyissä sekä luodinkestävissä liiveissä, keraamisissa levyissä tai rakennusmateriaaleissa, jotka sisältävät piikarbidikomponentteja luodinkestävien liivien tai timanttihioma-aineiden vastamateriaaleina! Sillä on jopa ratkaiseva rooli tähtitieteessä, sillä sitä käytetään peilityyppisten kaukoputkien peilimateriaalina!

GCC on laajakaistainen puolijohdemateriaali, jolla on alhainen resistiivisyys korkeissa lämpötiloissa, mikä parantaa energiatehokkuutta ja edistää energiansäästöä. Lisäksi se on erinomainen tulenkestävä materiaali, jolla on erinomaiset kovuus-, kemiallinen stabiilisuus- ja korroosionkestävyysominaisuudet. GCC on erinomainen vaihtoehto volframikarbidille.

Piikarbidin tuotanto vaatii suuria määriä raaka-aineita. Nämä voivat olla peräisin erilaisista jätevirroista, kuten yhdyskuntajätteestä (MSW). Yhdyskuntajäte tulisi kierrättää kestävällä tavalla, jotta sen ympäristöön, yhteiskuntaan ja talouteen kohdistuvat vaikutukset voidaan minimoida kaikilla tasoilla.

Se on polttoaine

Piikarbidi, jota yleisesti kutsutaan karborundumiksi, on inertti synteettinen materiaali, joka koostuu pii- ja hiiliatomeista ja muodostaa kovan ja kestävän synteettisen yhdisteen, joka tunnetaan nimellä karborundum. Piikarbidin yleisiä käyttökohteita ovat hiomalaikat, leikkuutyökalut sekä paperiset ja kangasmaiset hioma-aineet; lisäksi sillä on laaja kaistanleveys, joka mahdollistaa sähkönsiirron korkeissa lämpötiloissa.

Alumiinijauhetta käytetään keskeisenä raaka-aineena silikonihartsin valmistuksessa, ja sillä on myös muita käyttötarkoituksia, kuten teräksenvalmistuksessa ja tulenkestävien materiaalien sovelluksissa. Sen kestävyys lämpöshokkeja, korroosiota ja kulumista vastaan tekee siitä erityisen edullisen valinnan korkean lämpötilan sovelluksissa, kuten sähköuunien vuorauksissa ja lämmityselementeissä.

Synteettistä piikarbidia voidaan valmistaa useilla menetelmillä, kuten sintrauksella ja kuumapuristuksella, mutta nämä prosessit kuluttavat paljon energiaa ja johtavat usein agglomeraatioon. Tuoreessa tutkimuksessa, jossa karbotermiseen pelkistysprosessiin lisättiin 3 painoprosenttia lantaania, aktivointienergian tarve ja muodostumisen lämpötilavaatimukset pienenivät – mikä johti tiheämpien pellettien muodostumiseen, joiden tiheys oli 64–68% teoreettisesta tiheydestä.

Se on puolijohde

Piikarbidi (SiC) on laajakaistainen puolijohdemateriaali, jossa elektronien siirtäminen johtavuuskaistalle vaatii vain vähän energiaa. Tämän ansiosta sillä voidaan saavuttaa suurempia läpilyöntisähkökenttiä kuin monilla muilla materiaaleilla, ja sillä on erinomainen lämmönjohtavuus. Näiden ominaisuuksien yhdistelmän ansiosta SiC on houkutteleva materiaalivalinta energia-alan sovelluksiin.

Synteettistä moissanittia voidaan valmistaa sulattamalla ja jäähdyttämällä kiteistä SiC:tä sähköuunissa sekä kemiallisen kaasufaasipinnoituksen avulla; tässä menetelmässä käytetään polykarbosilaaneja tai poly(metyylisilyyliä) esiasteina homoepitaksiaalisten tai heteroepitaksiaalisten SiC-kerrosten tuottamiseksi.

Piikarbidi erottuu kovien keraamien joukosta erittäin alhaisen kimmomoduulinsa sekä erinomaisen kulutuskestävyytensä, korroosionkestävyytensä, sähköeristyskykynsä ja korroosiota estävien ominaisuuksiensa ansiosta. Näiden ominaisuuksien ansiosta siitä on tullut suosittu valinta ukkossuojien ja autonosien valmistuksessa; lisäksi sitä käytetään komposiittipanssareissa ja luodinkestävissä liiveissä, kuten Pinnacle Armorin valmistamassa Dragon Skin -mallissa; leikkaus- ja hiomatyökalujen valmistuksessa sekä kaasuturbiinien suutinventtiilien, suutinventtiilien suojusten ja suutinventtiilien tuotantolinjojen valmistuksessa sekä petrokemian teollisuudessa käytettävien teräs- ja alumiinikomponenttien suojapinnoitteiden valmistuksessa.

Se on todellinen helmi

Piikarbidi (SiC) on erittäin kova piin ja hiilen yhdiste, joka muodostaa yhden maapallon kovimmista jalokivistä ja jonka taitekerroin on suurempi kuin timantilla. SiC:tä käytetään sekä hioma-aineena että koruissa, ja sen valmistus laboratorioissa on ympäristölle vähemmän haitallista kuin timanttien louhinta; lisäksi se on huomattavasti kustannustehokkaampaa – vastaavan määrän saa paljon halvemmalla!

Moissanite tunnistettiin ensimmäisen kerran harvinaiseksi mineraaliksi vuonna 1893, ja sitä tuotetaan edelleen jauhemaisena piikarbidina (SiC) käytettäväksi hioma-aineissa ja puolijohteissa, jalokivien leikkaamiseen sintraamalla hiukkasia yhteen sekä ihmiskunnan tuntemana kolmanneksi kovimpana materiaalina (se sijoittuu kolmanneksi timantin ja boorikarbidin jälkeen).

Moissanite valmistetaan yhdistämällä piitä ja hiiltä korkean paineen ja lämpötilan olosuhteissa, jolloin syntyy suuria kiteitä, joista voidaan sitten valmistaa koruja. Prosessi on kuitenkin erittäin monimutkainen, ja huippulaatuisten kiteiden tuottamiseksi on käytettävä tarkkoja tekniikoita. Moissaniten tuotannossa käytetään Lely-menetelmää, jonka avulla tutkijat voivat hallita kaikkia kiteiden muodostumiseen vaikuttavia tekijöitä.