Kol Kiselkarbid

Kiselkarbid erbjuder många fördelaktiga egenskaper och är lätt att tillverka. Det kan vara självbindande, nitridbindande eller behandlat med bor för att öka förtätningen.

Moissanite finns i naturen, men har massproducerats sedan 1893 i pulver- och kristallform för användning som slipmedel. På grund av sin hårdhet och sitt halvledarbeteende med brett bandgap har moissanit också blivit en ovärderlig teknisk keramik.

Hårdhet

Kiselkarbid (SiC), även känd som korund /krbndm/, är en utomordentligt hård kristallin kemisk förening av kisel och kol med halvledaregenskaper med brett bandgap. Förekommer naturligt som mineralet moissanite i naturen men har massproducerats som pulver sedan 1893 för användning som slipmedel. SiC-korn kan också smältas samman via sintring för att bilda hårda keramer som används för att konstruera bilbromsar och skottsäkra västar.

SiC är ett av de hårdaste kända materialen och dess styrka kommer från dess kristallstruktur som består av tätt sammanbundna kisel- och kolatomer som hålls samman av starka kovalenta bindningar i en kristallgitterstruktur. Denna struktur bidrar också till SiC:s höga smältpunkt, värmeledningsförmåga och motståndskraft mot kemiska reaktioner.

Materialens hårdhet är avgörande i många tillämpningar, särskilt i sådana där de mekaniska belastningarna och trycken är extremt höga. Petrokemisk industri, kemiteknik, pumpkonstruktion eller skeppsbyggnad innebär alla enorma mekaniska belastningar och tryck som måste övervinnas genom glidringar och andra tribologiska komponenter som utsätts för konstant belastning, t.ex. glidringar. Säkerhetsrelevanta delar måste därför ha hög korrosions- och utmattningsbeständighet; SiC är därför idealiskt i dessa krävande miljöer.

Termisk konduktivitet

Värmeledningsförmågan hos kiselkarbid (SiC) kan bestämmas av både dess fasstruktur och förekomsten av defekta punkter, med en atomradie som liknar diamant med hög fononisk värmeledningsförmåga. Kristallina strukturer bidrar också till att öka ledningsförmågan eftersom de gör det möjligt för mer lättspridda atomer i gitterstrukturer att leda bort energi.

SiC används ofta i kärnreaktorer på grund av sitt låga neutrontvärsnitt och sin motståndskraft mot strålningsskador. Dessutom gör dess hållbarhet att det är mycket eftertraktat som ett element i moderna lapidariska metoder.

Kemisk ångdeposition används för tillverkning av kubiskt SiC, där en specifik blandning av gaser kombineras i en vakuummiljö innan den deponeras på substratet. Efter deponeringen på en yta mals pulvret från SiC-deponeringen ner till mindre storlekar som lämpar sig för olika industriella användningsområden.

Turbinkomponenter tillverkade av keramik är uppskattade material på grund av sina överlägsna termiska egenskaper och motståndskraft mot korrosion och oxidation, vilket ger optimala förhållanden för turbinkomponenter i tuffa miljöer, samtidigt som dess låga termiska expansionshastighet hjälper den att motstå snabba temperaturfluktuationer utan att skapa stress - denna egenskap kan förlänga deras livslängd samtidigt som underhållskostnaderna sänks avsevärt.

Motståndskraft mot kemiska reaktioner

Kiselkarbid är olösligt i vatten, alkohol och syralösningar - ett bevis på att dess kemiska beständighet gör att det kan överleva även tuffa kemiska miljöer och skydda mekaniska system som använder vätskor som kan flöda igenom. Den här egenskapen gör kiselkarbid särskilt lämplig för vätskesystem där vätskeflödet kan skada mindre robusta material.

Karborundum har den unika egenskapen att det är immunt mot termisk chock och har en exceptionellt låg termisk expansionskoefficient - båda önskvärda egenskaper för strukturella applikationer som arbetar vid höga temperaturer eller under tunga belastningar. Därför är kiselkarbid ett utmärkt materialval för komponenter som tätningsytor, blästermunstycken och glidlager.

Kiselkarbidens hårdhet gör den också till ett utmärkt material för mekaniskt bundna eldfasta keramer, eftersom den har den högsta klassificeringen på Mohs-skalan, 9 (mellan borkarbid och diamant). När det används som slipmedel eller hårt eldfast material kallas det vanligen för "slipmedel".

Kiselkarbid kan produceras på många olika sätt beroende på dess slutliga användningsområde. Tillverkningstekniker för reaktionsbunden SiC innebär att SiC-pulver blandas med kol- eller kiselmetallpulver samt ett organiskt bindemedel, t.ex. plast eller beck, innan det bränns, varvid plast eller beck ofta fungerar som bindemedel. Enkristallblock av SiC kan också odlas med hjälp av kemisk ångdeposition följt av skivning för användning i elektroniska enheter med fast tillstånd. Lerbundet SiC kan också göras tillgängligt med hjälp av 10-50% lerbundet pulver för att förhindra avdunstning eller kondensation under sintring, vilket resulterar i precisionskeramik med nollporositet med exceptionell kemisk hållbarhet och temperaturegenskaper. Alla tillverkningstekniker producerar keramisk precisionskeramik med nollporositet med extraordinär kemisk hållbarhet, kemisk hållbarhet och högtemperaturegenskaper.

Elektrisk konduktivitet

Kiselkarbidens breda bandgap gör det möjligt att transportera elektricitet vid höga frekvenser, vilket gör det till ett idealiskt material för att skapa halvledarkomponenter som klarar höga spänningar och temperaturer. På grund av dess överlägsna mekaniska egenskaper och värmeledningsförmåga föredras kiselkarbid ofta framför andra material för användning i elektroniska kretsar.

Material kan tillverkas på flera sätt. En metod innebär att det mals till ett fint pulver som sedan kan bindas reaktivt till material som glas eller metaller med hjälp av reaktionsbindningstekniker innan det förtätas genom tillsats av borkarbid. Dessutom kan detta material ingå i kompositer med keramisk matris.

ABS-plastens extrema hårdhet gör att den kan användas i produkter som bromsbelägg eller elektriska kontakter, medan dess låga värmeutvidgningskoefficient, kemiska inertitet och höga draghållfasthet gör den korrosionsbeständig och miljövänlig. Dessutom gör dess motståndskraft mot slitage att tillverkare av ballistiska pansar kan använda den effektivt.

Porös kiselkarbid har hög kemisk stabilitet och utmärkt permeabilitet, vilket har väckt stort intresse för avancerade funktionella tillämpningar inom områden som termiska25-27 och elektriska28-30 egenskaper. Tyvärr ökar dess elektriska resistivitet med porositeten, men detta kan mildras genom tillsatser eller bearbetningsförhållanden - till exempel ger sintring i N2 lägre elektrisk resistivitet än Ar på grund av att kubisk (3C) fas ändras till hexagonal (6H) fas och N-dopning av SiC.