Kiselkarbidblandning

Kiselkarbid (SiC) är en extremt hård och spröd kristallin förening som består av kisel och kol som tillverkas syntetiskt såväl som naturligt finns i moissanitmineral.

SiC kan bilda polymorfa kristallstrukturer med olika kristallformer och är ett halvledarmaterial med brett bandgap, tillverkat genom att kombinera kiseldioxid och kol i en elektrisk motståndsugn av grafit från Acheson, leda en elektrisk ström genom den och sedan kyla ner den efteråt.

Hårdhet

Kiselkarbid (SiC) är allmänt känt för sina exceptionella termiska och mekaniska egenskaper. Dess robusta styrka under extrem belastning visar dess roll som ett viktigt material i modern teknik och industriella applikationer, vilket kan hänföras till dess unika kristallstruktur som involverar tätt bundna kisel-kol-tetraedriska strukturer som binds samman av starka kovalenta bindningar i en ordnad gitterstruktur. Dessutom har detta material en hög brottseghet på 6,8 MPa m0,5 brottseghet samt en exceptionell hårdhet på 32 GPa, vilket gör det till ett av de hårdaste material som människan någonsin känt till!

Reaktionsbunden SiC är ogenomtränglig för syre, vilket gör den motståndskraftig mot inre oxidation vid höga temperaturer. Dessutom gör det låga neutrontvärsnittet och motståndskraften mot strålningsskador att det lämpar sig för kärnreaktortillämpningar.

Kommersiellt producerad kiselgel kan produceras genom olika processer, inklusive kalcinering av tetrahedral kiselgel, upplösning av kol i smält kisel, reaktionsbindning med kisel eller kolmetallpulver och reaktionsbindning med det. På grund av sin hårdhet och värmeledningsförmåga används kiselgel på grund av sin hållbarhet i stor utsträckning vid slipning, maskinbearbetning, vattenskärning och sandblästring samt för lapidarisk användning inom konstindustrin; lösa former för lappning produceras också lösa för lappningsändamål medan blandade fordon såsom fordon för att bilda pastapinnar som sedan kan bindas med bindemedel till ark, skivor och bälten för lapidarisk användning av lapidarkonstnärer som använder lapidar. Kiseldioxid är också ett integrerat material vid tillverkning av eldfast keramik eldfast keramik på grund av både hårdhet och värmeledningsförmåga egenskaper som gör det användbart som råmaterial vid tillverkning av eldfast keramik från grunden; i själva verket eldfast keramik produktion från grunden är en av dess primära råvaror för att göra dessa processer.

Termisk konduktivitet

Kiselkarbid har hög värmeledningsförmåga för effektiv värmeavledning, vilket leder till förbättrad strömhantering i enheter och ökad livslängd. Dessutom har kiselkarbid överlägsen kemisk inerthet och korrosionsbeständighet, vilket gör den väl lämpad för tuffa miljöer.

Kol- och kiselatomer förenas tätt med starka kovalenta bindningar i sitt kristallgitter för att bilda sin distinkta kristallstruktur, vilket ger oöverträffad styrka och hållbarhet i detta material som motstår deformation. Dessutom är det lätt att bearbeta, vilket gör att komponenterna kan tillverkas med större precision och noggrannhet.

Littelfuses kiselkarbid (SiC) ger högre genomslagsspänning än kisel (Si). Dessutom har SiC-matrisen lägre specifikt motstånd vilket minskar effektförlusterna i enheterna och resulterar i mindre och lättare enheter med liknande prestanda, se tabell nedan.

Human Toxicity Excerpts for SILICON CARBIDE Exponering av människor för kiselkarbiddamm orsakar irritation och andnöd; långvarig exponering orsakar dock inte permanent lungskada; långvarig exponering kan dock förändra förloppet av inhalationstuberkulos och leda till omfattande fibros och progressiv sjukdom; dessutom kan inandning av kiselkarbidpartiklar leda till dermatit samt lungskada hos djur.

Kemisk tröghet

Kiselkarbid är olösligt i vatten, alkohol och syror, vilket gör det motståndskraftigt mot korrosion i tuffa miljöer där andra material kan duka under för kemiska angrepp. På grund av denna unika egenskap har det också hittat tillämpning som slipmedel som slipskivor, skärverktyg och sandpapper.

Ren kiselkarbid finns som en färglös kristall; industriell kiselkarbid är emellertid flerfärgad och varierar i nyans från ljusgul till grön och ibland blå eller svart på grund av föroreningar som kväve, aluminium eller järn som finns i dess sammansättning. Slipmedelsindustrin klassificerar sina kiselkarbidprodukter enligt färgklassificering, där rena kristaller kallas gröna och de som innehåller mer föroreningar klassificeras som svarta.

Detta exceptionellt hårda material har många användningsområden, från slipmedel och bilbromsar, keramiska plattor som används i skottsäkra västar, slitstarka keramer och eldfasta material för höga temperaturer, till halvledarsubstrat som används i ljusemitterande dioder och detektorer i tidiga radioapparater, samt är en viktig ingrediens för att producera moderna lapidariska ädelstenar.

Produktion av kiselkarbid innebär omfattande bearbetning som genererar giftigt damm och fibrer som kan irritera ögon och hud samt leda till lungfibros och sjukdom. Enligt Environmental Protection Agency (EPA) har det klassificerats som Schedule II-ämne och som giftigt för människor av Human Toxicity Data Bank (HTDB), med långvarig exponering som leder till omfattande ärrbildning i lungorna från tuberkulosinfektion vid inandning som orsakar betydande lungfibros och sjukdom.

Motståndskraft mot värme

Kiselkarbidens hårda molekylstruktur består av sammankopplade tetraedriska strukturer av kisel- och kolatomer i ett kristallgitter, vilket ger upphov till en otrolig mekanisk styrka och hållbarhet. Tillsammans med det imponerande höga värdet på brottseghet på 6,8 MPa m0,5 är kiselkarbid ett utmärkt materialval för applikationer i krävande miljöer som gasturbiner och raketmunstycken, eftersom det ger motstånd mot spänningsdeformation utan att deformeras lätt under påfrestning.

SiC:s låga densitet och värmeledningsförmåga gör det idealiskt för användning som värmeelement i branscher som metallbearbetning och kraftgenerering, inklusive metallbearbetning och kraftproduktion. SiC utmärker sig särskilt när höga temperaturer kräver maximal effekt, t.ex. i värmebehandlingsapplikationer. Elektriska värmeelement som används under sådana processer visar sig också vara särskilt användbara.

SiC är allmänt känt för sitt motstånd mot oxidation vid höga temperaturer och sin kemiska inertitet, vilket gör det lämpligt för användning i miljöer som utsätts för korrosion. Nitridbunden kiselkarbid har en extra struktur som förbättrar den mekaniska styrkan och motståndskraften i tuffa miljöer samtidigt som den ger eldfasta applikationer som är lämpliga för eldfasta applikationer.

Kiselkarbid (SiC) är en extremt hård kristallin förening av kisel och kol som har tillverkats syntetiskt sedan slutet av 1800-talet. Det är ett av de hårdaste industriella keramiska materialen med en Mohs-hårdhetsgrad på 9 och jämförs ofta med diamanter, kubisk bornitrid och borkarbid när det gäller hårdhet.