Användningar av kiselkarbid

Kiselkarbid, vanligen kallat karborundum, finns naturligt i moissanit. Som ett av de hårdaste syntetiska materialen kan SiC tillverkas genom olika avancerade processer.

SiC är ett extremt hårt keramiskt material som används som bas för långlivade slipmedel, keramik och eldfasta material. Dessutom uppvisar SiC halvledaregenskaper med brett bandgap.

Slipande

Blästermedel av kiselkarbid är ett extremt hårt material (9 på Mohs-skalan), kantigt blästermedel som används för etsning, stentumling, sandblästring och andra användningsområden. Erbjuder mångsidighet och hållbarhet till en lägre kostnad än diamant- eller borkarbidalternativ. Används även för slipning av icke-järnhaltiga material, ytbehandling av tuffa eller hårda material samt keramiska delar och fyllning av eldfasta komponenter.

Kiselkarbidkornets smala, vassa kanter gör det möjligt att enkelt skära glas, plast och fiberplattor med medelhög densitet med minimalt tryck, men metaller och hårda träslag kan inte skäras lika lätt. Materialet i sig är mindre hållbart än brun smält aluminiumoxid (BAO), men kiselkarbidkorn ger många fler blästercykler i förhållande till kostnaden.

Arbetstagare som i hög grad använder slipmedel vid sandblästring riskerar att drabbas av diffus interstitiell lungfibros (DIPF), en obotlig lungsjukdom som ger ärrbildning, liknande den vid silikos.

Kemisk

Kiselkarbid är ett av de hårdaste kända materialen och konkurrerar direkt med diamant och borkarbid när det gäller hårdhet och styrka, samtidigt som det inte reagerar på kemikalier.

Kiselkarbid framställs genom kemisk reduktion av kiseldioxid med kol vid höga temperaturer i elektriska ugnar, vanligen med högtrycksmetoder. Kiselkarbid förekommer naturligt som ädelstenen moissanite som först upptäcktes vid Canyon Diablo-meteoritkratern i Arizona 1893, men idag är den mesta kiselkarbiden som används syntetiskt framställd.

Reaktionsbunden kiselkarbid (syntetisk karborundum) består av pulveriserad kiselkarbid kombinerad med ett oorganiskt bindemedel som grafit, tetraetylsilan eller metyltriklorsilan för att bilda en grön kropp som kan trycksättas, extruderas eller formsprutas för att göra solida delar. Reaktionsbunden SiC är icke-reaktiv mot syror eller alkalier och tål temperaturer upp till 1600degC.

Elektrisk

Kiselkarbidens överlägsna kopplingseffektivitet och temperaturstabilitet möjliggör mindre, snabbare enheter som tål högre spänningar än de som tillverkas med andra halvledarmaterial som kisel.

Före 1929, då borkarbid upptäcktes, var kiselkarbid (ofta förkortat SiC) allmänt känt som det hårdaste kända syntetiska materialet och användes i stor utsträckning som slipmedel på industriell nivå. Dessutom användes SiC som eldfasta foder i ugnar, slitstarka delar i pumpar och raketmotorer, halvledande substrat för ljusemitterande dioder, som eldfasta värmeelement i ugnar, slitstarka delar i pumpar och raketmotorer samt halvledande substrat för ljusemitterande dioder.

Även om vissa naturliga kiseldioxid-kolföreningar, som moissanit, finns naturligt, är det mesta SiC syntetiskt skapat. Edward Goodrich Acheson uppfann SiC för första gången 1891 när han sökte efter sätt att producera konstgjorda diamanter med hjälp av en elektrisk ugnsprocess som är i stort sett oförändrad idag - genom att blanda kiselsand och kol i en elektrisk ugn reducerade Acheson kisel-kolföreningar till ett konstgjort diamantmaterial.

Värmeväxlare

Kiselkarbid används ofta i elektriska apparater för att skapa ett energigap för elektroner, vilket gör att elektroniken kan fungera vid högre temperaturer, spänningar och frekvenser än vad som annars skulle vara möjligt med andra halvledarmaterial.

Kiselkarbid har en exceptionellt hög smältpunkt, vilket gör den mycket motståndskraftig mot termisk chock. Eftersom detta keramiska material också är extremt hårt och starkt är det ett idealiskt materialval för användning under extrema förhållanden, t.ex. i värmeväxlare.

Washington Mills erbjuder CARBOREX(r) kiselkarbid i olika kemier och storlekar för att uppfylla kraven i många branscher, inklusive men inte begränsat till; blästring, halkfria slipmedel, keramiskt belagda slipmedel, slipskivor, skärande verktyg, eldfasta material samt andra applikationer. Vårt team finns här för att hjälpa dig att utforska alla möjligheter som väntar på din applikation!

Slitagedelar

Kiselkarbid är ett keramiskt material med exceptionella termomekaniska egenskaper, bland annat hårdhet, värmeledningsförmåga, slitstyrka, korrosions- och oxidationsbeständighet samt slitstyrka. Dessa egenskaper har gjort kiselkarbid lämpligt för mekaniska tätningar, strukturkeramik, värmeväxlare och till och med ballistiska pansartillämpningar.

Aluminiumoxid började användas som slipmedel på 1800-talet och har länge använts inom industrin. Nu används den för precisionsbearbetning i allt från skottsäkra västar och glasskärning för fönsterbytesprojekt till raketmotorer. Tack vare sin hårdhet, seghet och låga friktionskoefficient är den ett utmärkt materialval för slipning och skärning.

Kiselkarbid utmärker sig genom sin överlägsna styrka vid höga temperaturer, kemiska stabilitet och korrosionsbeständighet - egenskaper som gör den lämplig för ugnskomponenter och beläggningar med termiska barriärer. Dessutom gör den låga värmeutvidgningen och höga värmeledningsförmågan att den klarar termiska chocker bättre än det konkurrerande materialet volframkarbid; dessutom gör bandgapet att kiselkarbid lämpar sig för högspänningshalvledaranordningar.

Grafen

Forskare från Federal University of Uberlandia (UFU) har utvecklat ett effektivt sätt att manipulera koncentrationen och flödet av elektriska laddningar inom grafenark på kiselkarbidsubstrat. Deras studie, som publicerades i tidskriften Physica E, visade att man genom att lägga till metalliska monolager vid gränssnittet mellan grafen och oxid kan modulera både positiva (hål) och negativa laddningsbärare (elektroner).

Denna studie omfattade tillväxt av högkvalitativ grafen på SiCs polära yta med hjälp av inneslutningskontrollerad sublimering. Det resulterande materialet har utmärkta elektriska egenskaper, vilket gör det lämpligt för nästa generations elektronikapplikationer.

Grafen har unika fysiska egenskaper, t.ex. stor yta, låg vikt och transparens. Tyvärr begränsar dess agglomerering och icke-homogena fördelning dess tillämpning som förstärkningsfyllmedel i polymerkompositer; kemisk funktionalisering erbjuder ett sätt att kringgå dessa begränsningar för att utöka grafenens användning i polymermatrisapplikationer.