Rå kiselkarbid (vanligen kallad svart SiC) är ett utomordentligt hårt syntetiskt kristallint material som använts i slipskivor, sandpapper och skärverktyg sedan slutet av 1800-talet. Tack vare sin styvhet, låga värmeutvidgning och motståndskraft mot kemiska angrepp används det också ofta som eldfast material i industriugnar samt i slitstarka delar som pumptätningar, gängstyrningar och munstycken för syraspray.
Kemisk sammansättning
Kiselkarbid är ett syntetiskt material med oöverträffad hårdhet - näst efter diamant och vissa syntetiska material -, hög slitstyrka, kemisk inertitet, elektrisk ledningsförmåga vid förhöjda temperaturer och stöttåliga egenskaper. Kiselkarbid kan också dopas med kväve, fosfor och beryllium för bildning av halvledare av n-typ medan dopning med bor, aluminium, gallium och tenn kan bilda halvledare av p-typ.
Kiselgel framställs genom att värma kiselsand med kol (vanligtvis petroleumkoks) vid höga temperaturer i en öppen "Acheson"-ugn. Som ett resultat bildas gröna och svartfärgade kristallkorn beroende på renheten hos de råvaror som används för dess skapande.
Dessa korn mals och siktas till olika storlekar som uppfyller de avsedda användningsområdena, med låg porositet för att förbättra materialets fysiska egenskaper.
Svart och grön kiselkarbid, som båda tillhör a-SiC-gruppen, är de två mest använda basvarianterna av kiselkarbid. Svart kiselkarbid används vanligen för bearbetning av material med låg draghållfasthet, t.ex. glas, keramik, sten, eldfasta material och gjutjärn, medan grön kiselkarbid ofta används för kapning eller slipning av slipande material, t.ex. sten. Båda sorterna har hög seghet medan svart kiselkarbid har högre hårdhet jämfört med sin motsvarighet.
Fysikaliska egenskaper
Kiselkarbid, en extremt hård och syntetiskt framställd kristallin förening av kisel och kol, används i många olika branscher, t.ex. som slipmedel, eldfasta material och slitstarka komponenter i mekaniska applikationer. Som elektriskt halvledarmaterial kan det också dopas med kväve-, fosfor- och berylliumdopningsmedel för att bilda antingen en halvledare av n-typ eller aluminium-, bor- och galliumdopningsmedel för att bilda en halvledare av p-typ.
Råmaterial som används för SiC-produktion består av en blandning av kol (vanligtvis petroleumkoks) och kiselsand som reagerar kemiskt vid höga temperaturer i en elektrisk motståndsugn för att bilda rå kiselkarbid. När den grova kiselkarbiden väl har bildats måste den krossas och malas för att uppnå önskad kornstorlek innan den reagerar med olika mängder bor för mer komplexa former av borkarbider som B3N6.
Reaktiviteten kan styras genom faktorer som reaktantkoncentration, temperatur, matningstid och ugnshållningstid. Resultatet blir produkter med varierande egenskaper beroende på polykristallin typ, bildningsmetod och renhetsgrad.
Kiselkarbid har utmärkta fysiska egenskaper; dess sprödhet är låg, vilket ger den stor styrka vid höga temperaturer. Dessutom är det kemiskt inert och har utmärkt erosions- och slitstyrka samt hög värmeledningsförmåga och låg expansionskoefficient, vilket gör det till ett utmärkt materialval för eldfasta infodringar.
Mekaniska egenskaper
Kiselkarbid är ett av de hårdaste materialen på jorden och har en Mohs-hårdhet på 9. Det är extremt slitstarkt och korrosionsbeständigt samt termiskt chockbeständigt och behåller sin styrka under höga temperaturer, vilket gör det perfekt för industriella tillämpningar. Dessa egenskaper gör kiselkarbid lämpligt att använda på många olika sätt.
Tillverkning av svart eller grön kiselkarbid innebär att en blandning av ren kiselsand och kol i form av mald koks upphettas i en ugn av elektrisk motståndstyp, där en elektrisk ström som passerar genom ledaren orsakar kemiska reaktioner som producerar kiseldioxidgas och kolmonoxid, vilket skapar svart eller grön kiselkarbid som senare kan bearbetas ytterligare för att uppfylla specifika mekaniska krav för specifika användningsområden.
I allmänhet är RBSC som framställts med noggrann gradering tät utan porer. Brottytan på RBSC uppvisar släta kornytor som tyder på intergranulärt brott, medan provkroppar med 10 viktprocent kol uppvisar mer transgranulärt brott, vilket dränerar energi snabbare från sprickans energiförbrukning och kan resultera i dåliga mekaniska egenskaper.
RBSC med låg c-Si-halt har utmärkta mekaniska egenskaper. Det har hög drag- och böjhållfasthet, god seghet och en liten elasticitetsmodul samt god beständighet mot syror, alkalier och föreningar med exceptionella slitstyrkaegenskaper. Används ofta i produkter som slipskivor, vattensandpapperskivor och borstar samt skärande verktyg och slitdelar som används inom metallurgi, gruvdrift, eldfasta material och andra industrier.
Elektriska egenskaper
Kiselkarbid (SiC) är ett oorganiskt material som består av kisel och kol med den kemiska formeln SiC. Kiselkarbid har tillverkats kommersiellt sedan slutet av 1800-talet för användning i slipmedel och eldfasta material och har visat sig vara ett extremt hårt material som endast överträffas av diamant när det gäller hårdhet. Dessutom har detta inerta material utmärkta termiska egenskaper och är mycket korrosionsbeständigt.
Kiselkarbid utmärker sig genom sin distinkta kristallstruktur: den består av tätt sammanbundna kisel- och kolatomer som är ordnade i tetraedriska strukturer i ett degelgitter. Dessutom är detta material olösligt med vatten, alkohol och syror samt har en låg expansionskoefficient, vilket gör det perfekt för komponenter avsedda för tuffa kemiska miljöer.
Kiselkarbid har många användningsområden utöver sina slipande egenskaper. Den är inte bara slitstark, den har också halvledaregenskaper. När kiselkarbid är dopad uppvisar den förbättrad elektrisk ledningsförmåga och andra egenskaper som förbättrar dess elektriska ledningsförmåga och andra egenskaper. Kiselkarbid har halvledaregenskaper med brett bandgap med stark elektrisk fältstyrka vid nedbrytning, snabb elektrondrifthastighet och liten dielektricitetskonstant, vilket gör det till ett tilltalande material för framtida elektronikapplikationer.
Rå kiselkarbid finns i både svarta och gröna varianter, beroende på källmaterialets sammansättning. Den framställs genom att en blandning av kiselsand och kol upphettas i en elektrisk motståndsugn med hjälp av en elektrisk ström som leds genom en kolledare. Efter kylning kan materialet malas till pulverform, blandas med föreningar som volframkarbid eller borkarbid för att göra keramiska produkter som industriella slipmedel eller eldfasta foder, slitstarka delar för pumpar och raketmotorer eller slitstarka delar.
Swedish 
English