Fördelar med kiselkarbid

Kiselkarbid är ett av de hårdaste och mest motståndskraftiga keramiska materialen och har enastående korrosionsbeständighet och hållfasthetsegenskaper vid höga temperaturer. Detta material är ett särskilt bra val i miljöer som kräver korrosionsbeständighet eller hållfasthet vid höga temperaturer.

Karborundum, som består av kisel- och kolföreningar, förekommer naturligt som det sällsynta mineralet moissanit men har massproducerats sedan 1893 för användning som slipmedel.

Hårdhet

Kiselkarbid har en extremt hög hårdhet som gör den lämplig för mekaniska och slitande applikationer, inklusive sådana som innebär mekanisk kontakt med vatten eller fukt. Kiselkarbid är ett utmärkt bearbetningsmaterial och har många användningsområden inom industrin, t.ex. maskindelar till maskinbearbetningsutrustning i t.ex. halvledarbearbetningsanläggningar samt allmän industriell användning tack vare sin kemiska stabilitet, korrosionsbeständighet och låga friktionskoefficient - den behåller till och med sin styrka vid temperaturer upp till 1400 grader! Dessutom är det elektriskt halvledande!

Kiselkarbid har en kristallstruktur som liknar diamantens, med kol- och kiselatomer ordnade i tetraedrar. Detta bidrar till SiC:s exceptionella egenskaper som hög temperaturhållfasthet, utmärkt oxidationsbeständighet och motståndskraft mot termisk chock, hårdhet och hårdhet (endast ett annat material är hårdare: bornitrid med Brinell-hårdhet på 2700 degC).

Tillverkning av kiseliserad kiselkarbid kräver flera olika produktionsmetoder. Kommersiellt tillgänglig sintrad kiselkarbid (SSiC), som Saint Gobains Hexoloy, skapas vanligtvis genom reaktionsbindning av poröst SiC-pulver med kolpulver och mjukgörare för reaktionsbindning före sintring; alternativa tillverkningstekniker inkluderar torrpressning och extrudering.

Elkems specialiserade process för att producera kiseliserad kiselkarbid, känd som EPS, ger keramik med överlägsen böjhållfasthet jämfört med kolgrafit - särskilt när partikelstorleken minskar på grund av Elkems reduktion av ursprungliga SiC-pulverpartiklar. Detta ger Elkem ett försprång när det gäller keramikproduktion som konkurrerar med kolgrafitprodukter.

Termisk konduktivitet

Kiselkarbidkeramik har en exceptionellt hög värmeledningsförmåga jämfört med andra keramer. Dessutom gör dess halvledande egenskaper och goda korrosionsbeständighet att det lämpar sig för många kemiska miljöer. Detta hårda material har dessutom mycket låg värmeutvidgning och kan motstå temperaturer upp till 1400 grader Celsius utan att styrkan försämras nämnvärt.

Tack vare de starka bindningarna i kristallgittret uppvisar detta material en exceptionell kemisk beständighet. Det reagerar inte negativt med syror, alkalier eller smälta salter, samtidigt som det ger överlägsen erosionsbeständighet och slitageegenskaper.

Saint Gobains SiSiC- och NSiC-produkter ger maximal precision och noggrannhet i industriell mätutrustning som måste arbeta vid höga temperaturer och precisionspositionering av axlar, t.ex. industriell metrologi. Deras överlägsna stabilitet jämfört med traditionella aluminiumoxid- eller aluminiumkeramer gör dem också till det självklara valet.

Kiselkarbid har också utmärkt motståndskraft mot nötning och korrosion och fungerar vid mycket höga temperaturer med liten förlust av egenskaper som hårdhet eller styvhet. Tillsammans gör dessa egenskaper kiselkarbid till en exceptionellt mångsidig strukturell keram.

Kiselkarbid är lätt och har utmärkt dimensionsstabilitet, vilket gör den lämplig för tillverkning i olika former och storlekar för att uppfylla kundernas krav. På grund av denna mångsidighet har kiselkarbid blivit ett av de mest eftertraktade strukturella keramiska materialen som används i en mängd olika branscher, t.ex. men inte begränsat till

Termisk expansionskoefficient

Kiselkarbid (vanligen kallad karborundum) skapades ursprungligen genom en elektrokemisk reaktion mellan sand och kol, vilket gav en hård kemisk förening som kallas kiselkarbid eller karborundum som kan förtätas till block, plattor eller till och med ädelstenar. Med sina halvledaregenskaper med brett bandgap och låga värmeutvidgningskoefficient gör kiselkarbid till ett utmärkt materialval för användning vid högre temperaturer eller förhöjda tryck.

Studier av 3C-SiC som erhållits genom röntgenpulverdiffraktion visar att dess gitterparameter är cirka 4,596 A med nästan platta fononspridningskurvor. Värden för termisk expansion erhållna via Gruneisen-formalism och CASTEP-koder närmar sig cirka 2,4x 10-6/degC för rumstemperaturer.

Termisk expansion i SiC beror främst på dess kristallstruktur och hur atomerna är ordnade i den, med små anisotropier för mätningar parallellt och vinkelrätt mot dess c-axel.

Silikos, som orsakas av att man andas in damm som innehåller kiseldioxidpartiklar eller -fibrer, är en allvarlig och kronisk lungsjukdom som liknar kolgruvearbetares lungsjukdom eller asbestos. Arbetare som tillverkar eller använder slipmedel av karborundum är mer utsatta för denna sjukdom; dess symtom liknar dem som ses hos rökare och kan inkludera progressiv, fibrotisk lungsjukdom som kan visa sig vara dödlig; den har också förknippats med ökad frekvens av lungcancer och hjärtinfarkt.

Elektrisk konduktivitet

Kiselkarbid (SiC) är ett bredbandigt halvledarmaterial med en bandgapsbredd som varierar mellan 2,2 och 3,3 elektronvolt (eV). Material med smalare eller bredare bandgap uppträder som antingen ledare eller isolatorer; på grund av SiC:s bredare bandgap kan det användas vid högre temperaturer än andra halvledarenheter.

Material med utmärkta elektriska egenskaper som aluminium gör det till ett attraktivt val för elektronikapplikationer, inklusive lysdioder (LED) och transistorer. Dessutom gör dess utmärkta tribologiska egenskaper att det lämpar sig för komponenter som glidringar, pumphjul och fartygspropellrar.

Kiselkarbid är ett idealiskt material för isolering av högspänningskretsar i växelriktare för att öka räckvidden samtidigt som energieffektiviteten minskar. Tack vare sin styrka, oxidationsbeständighet, termiska egenskaper och hållbarhet förbättrar det prestandan, minskar systemets storlek/vikt/tillförlitlighet avsevärt och säkerställer tillförlitlig drift.

För att optimera prestandan hos kiselbaserade kiselkarbidkompositer undersöktes olika ytbehandlingar. Dessa inkluderade PSZ- och kiselkarbonitridbeläggningar som applicerades direkt på SiC-partiklar innan de infördes i en matris och sedan testades för termisk och elektrisk ledningsförmåga.

Omvandlade grafitmaterial som har tillräcklig porositet för kiselinfiltration kan fungera som utgångsmaterial för kiseliseringsprocesser, med 5 vol % till 29 vol % porositet som idealiskt utgångsmaterial.