Vihreä piikarbidi

Piikarbidi on yksi ihmiskunnan tuntemista kovimmista materiaaleista. Piikarbidilla on suuri leikkauslujuus ja jäykkyys, ja se on lisäksi kemiallisesti stabiili ja sen lämpölaajenemiskerroin on pieni, minkä vuoksi sillä on monia käyttökohteita teollisuudessa.

SiC-hioma-aineita on kahta lajia: vihreää (99%-puhdasta) ja mustaa (97%-puhdasta). Musta SiC valmistetaan piidioksidipitoisesta kvartsihiekasta, johon on sekoitettu öljykoksia ja joka on sulatettu korkeassa lämpötilassa sähkökaariuunissa.

Hiomateollisuus

Piikarbidi (SiC, lausutaan myös ”krbndum”) on laajakaistainen puolijohdemateriaali, jota esiintyy luonnossa harvinaisena mineraalina nimeltä moissanite; vuodesta 1893 lähtien sitä on kuitenkin tuotettu kaupallisesti jauheena ja kiteinä hioma-aineeksi. Lisäksi SiC:tä käytetään sintrausaineena kovametallien valmistuksessa. Kovametallit ovat erittäin kovia keraamisia materiaaleja, joita käytetään sovelluksissa, joissa vaaditaan suurta kestävyyttä, kuten auton jarruissa ja luodinkestävissä liiveissä.

Vihreää SiC:tä löytyy monista hiomatuotteista, vesihiomapaperista ja päällystetyistä hiomatuotteista hiomalaikkoihin, hiekkapuhallusaineisiin, hiontaseoksiin ja kiillotusaineisiin. Sitä käytetään myös hiomalaikoissa, hiekkapuhallusaineissa, hionta- ja kiillotusaineissa – unohtamatta esimerkiksi valimokäyttöjä, joissa teräviä, pitkänomaisia rakeita saatetaan suosia, kun taas lohkomaiset rakeet sopivat paremmin päällystämättömiin tuotteisiin tai yleiskäyttöisiin päällystämättömiin tuotteisiin.

Vihreän SiC:n tiedetään tarjoavan alumiinioksidihioma-aineita paremman iskunkestävyyden kovuutensa ansiosta, minkä vuoksi se sopii paremmin vähemmän sitkeiden materiaalien hiontaan, joiden vetolujuus on alhaisempi ja jotka ovat vähemmän hauraita kuin alumiinioksidilevyt. Piikarbidilla on myös erinomaiset lämpöominaisuudet, minkä ansiosta se sopii erinomaisesti käytettäväksi korkean lämpötilan elektroniikkalaitteissa ja koneistuksessa, joissa sen lämpötila nousee merkittävästi; tämän ansiosta sillä voidaan leikata metalleja ja keraamisia materiaaleja nopeammin kuin millään muulla hioma-aineella.

Hiomateollisuus

Vihreä piikarbidi on hioma-aine, jota käytetään yleisesti metallin hiontaan ja leikkaamiseen. Kovuutensa ansiosta se sopii erinomaisesti lämmönjohtavuudeltaan ja stabiilisuudeltaan korkeiden materiaalien, kuten keramiikan, lasin ja ei-rautametallien, sekä kovien metalliseosten hiontaan. GnPGraystar valmistaa vihreää ja mustaa piikarbidia eri muodoissa vastaamaan eri käyttötarkoitusten vaatimuksiin. Piikarbidin alfa-muunnos (a-SiC), jolla on wurtsiitin kaltainen kuusikulmainen kiderakenne, kuuluu sen suosituimpiin sovelluksiin. Piikarbidia (SiC) käytetään laajalti teknisessä keramiikassa, tulenkestävissä materiaaleissa ja sähkötekniikan sovelluksissa. Beta-muunnoksena tunnettu piikarbidi (b-SiC), jolla on sinkkiblende-kiteinen rakenne, on vähemmän suosittu, mutta tarjoaa paremman kulutuskestävyyden ja alhaisemmat syövyttämisnopeudet kuin perinteiset SiC-tuotteet.

Tällä hetkellä sitä käytetään lasitettujen ja hartsipohjaisten hiomalaikkojen valmistuksessa sekä hiekkapuhalluksessa, hiomaseoksissa, hionnassa ja kiillotuksessa. Sille on ominaista erittäin suuri kovuus (Mohs 9,4; Knoop 2600), vahva leikkauskyky ja vakaat kemialliset ominaisuudet – ihanteelliset ominaisuudet hioma-aineelle.

Vihreällä piikarbidilla on monia käyttötarkoituksia. Sitä käytetään paitsi hioma-aineena myös tulenkestävien materiaalien valmistuksessa ja keraamisten materiaalien hionnassa; lisäksi sitä käytetään hapettumisenestoaineena raudan- ja teräksenvalmistuksessa, piikarbidikeraamien tuotannossa, lämpösuihkutussovelluksissa, komposiittimateriaalien valmistuksessa sekä elektroniikkasovelluksissa, kuten aurinkopaneelien valmistukseen tarkoitettujen piikiekkojen tuotannossa.

Piikarbidikeramiikkateollisuus

Piikarbidi on ei-oksidinen keraaminen materiaali, jota käytetään korkean lämpötilan, korkean paineen ja kemiallisesti vaativissa sovelluksissa. Piikarbidin käyttökohteet ulottuvat kovista hioma-aineista ja korroosionkestävistä tulenkestävistä materiaaleista korkean lämpötilan elektroniikkalaitteissa käytettäviin keraamisiin materiaaleihin, joilla on erinomaiset eristysominaisuudet elektroniikkalaitteille, sekä erittäin kovien hioma-aineiden valmistukseen; kestävyys lämpöshokkeja vastaan korroosiosuojana tulenkestävissä materiaaleissa sekä korroosion- ja lämpöshokkien kestävyys tulenkestävissä materiaaleissa, jotka suojaavat tulenkestäviä materiaaleja korroosiolta ja joita käytetään korroosionestoon, kun taas lämpöshokkeja kestävät keraamit osoittavat erinomaista mekaanista suorituskykyä yli 400 GPa:n Youngin-moduulin sekä hyvän lämmönjohtavuuden, samalla kun ne kestävät happoja ja emäksiä ja saavuttavat jopa yli 1000 GPa:n kovuustasot kovassa käytössä!

Piikarbidi on raakamuodossaan, puolisingeröitynä ja täysin sintratussa tilassaan suhteellisen helppo työstää monimutkaisiin muotoihin. Valitettavasti sintraus kuitenkin aiheuttaa materiaalin kutistumisen noin 20% prosessoinnin aikana, minkä vuoksi tiukkojen toleranssien noudattaminen täysin sintratuissa komponenteissa on vaikeaa; siksi ne on työstettävä timanttityökaluilla – mikä on kallis ja aikaa vievä prosessi.

Piikarbidikeramiikkaa käytetään monenlaisissa sovelluksissa, kuten pumppujen ja voimansiirtojärjestelmien kitkalaakereissa ja dynaamisessa tiivistystekniikassa, kitkapainatuksessa, ballistiikassa, kemianteollisuudessa, energiateknologiassa, paperinvalmistuksessa sekä putkistojärjestelmien komponenteissa. Koska piikarbidikeramiikalla on metalleihin verrattuna erinomaisia ominaisuuksia, kuten kustannustehokkuus ja pitkä käyttöikä, se on huomattavasti edullisempaa ja kestää pidempään kuin metalliset vastineensa; Reaaliaikaisella läpivalaisuröntgenkuvauksella suoritettavat laadunvalvontatestit mahdollistavat nopeat laadunvarmistustarkastukset, joilla voidaan nopeasti havaita esimerkiksi sintrattujen SiC-komponenttien rautasisältöjä ja muita mahdollisia vikoja.

Muut toimialat

Maailmanlaajuisen vihreän piikarbidimarkkinan ennustetaan kasvavan merkittävästi ennustejaksolla. Kehitysmaiden autoteollisuus vauhdittaa tätä odotettua kasvua; erityisesti karborundiyhdisteitä käytetään autoissa moniin eri tarkoituksiin, kuten jarrupaloissa, hioma-aineissa, dieselhiukkassuodattimissa ja jopa korkean lämpötilan elektroniikkalaitteissa, kuten jarrupaloissa tai suodattimissa, jotka toimivat autojen komponentteina. Lisäksi sähköautojen kasvava kysyntä auttaa vauhdittamaan markkinoiden kasvua entisestään.

Vihreän piikarbidin poikkeukselliset hiomaominaisuudet tekevät siitä erinomaisen hioma-aineen metallien, lasin ja kivipintojen hiontaan. Sen affiniteetti hiileen tekee siitä erityisen tehokkaan raudan ja nikkelimateriaalien hiontaan; toisaalta muut metalliset aineet, joiden vetolujuus on alhaisempi, kuten teräs, saattavat sen sijaan vaatia alumiinioksidipohjaisia vaihtoehtoja.

Piikarbidin pääasiallinen käyttökohde on tulenkestävien materiaalien valmistus. Tulenkestäviä materiaaleja käytetään terästehtaiden ja valimoiden uunien vuoraukseen sekä korkeita lämpötiloja vaativissa valuprosesseissa; piikarbidin lämmönkestävyys tekee siitä houkuttelevan materiaalivalinnan.

Erittäin puhdas piikarbidijauhe on puolijohteiden ja elektroniikkalaitteiden välttämätön raaka-aine, jolla on keskeinen rooli piikarbidin yksikiteiden kasvatuksessa, höyrymenetelmällä valmistettujen SiC-harkkojen tuotannossa, SiC:stä valmistettujen LED-levyjen valmistuksessa sekä erinomaisena peilimateriaalina tähtitieteellisissä kaukoputkissa sen kovuuden, jäykkyyden ja lämmönjohtavuuden ansiosta.