Karbid křemíku - žáruvzdorný materiál odolný vůči vysokým teplotám

Karbid křemíku je extrémně tvrdá a odolná neoxidová keramika, která se vyznačuje vrstevnatou krystalovou strukturou obsahující čtyři atomy uhlíku a dva atomy křemíku v primárních koordinačních tetraedrech. Existuje nejméně 70 různých forem nebo polytypů karbidu křemíku.

Moderní aplikace grafitu zahrnují brusné aplikace, žáruvzdorné materiály pro tavicí pece a výrobní linky pro výrobu plaveného skla a také různé strojírenské komponenty. Vyznačuje se vynikající fyzikální odolností proti opotřebení, chemickou odolností a nízkou tepelnou roztažností.

Odolnost proti vysokým teplotám

Karbid křemíku je díky své vynikající teplotní odolnosti vhodný pro mnoho průmyslových aplikací, které vyžadují vysoké provozní teploty, jako jsou topná tělesa pro elektrické pece nebo výrobu keramiky či neželezných kovů.

Díky své výjimečné odolnosti vůči napětí je tato směs vhodná pro použití mezi elektrickým vedením a zemí, což pomáhá zabránit zničení rozvodné sítě úderem blesku.

Moissanit se v přírodě vyskytuje jako vzácný drahokam moissanit, avšak jeho masová výroba byla zahájena v roce 1893 pro použití jako brusiva a elektrotechnické součástky. Materiál se obvykle jeví jako zelené až modročerné krystaly s duhovým leskem.

Stabilita při vysokých teplotách

Karbid křemíku je extrémně tvrdý a odolný syntetický minerál s vynikající tepelnou vodivostí a odolností proti korozi - to vše z něj činí vhodný žáruvzdorný materiál.

Karbid křemíku se jeví jako žluté až zelené až modročerné duhové krystaly s vlastní výraznou luminiscencí. Jeho struktura je pevná i pružná zároveň.

SiC se obrábí do složitých tvarů v zeleném stavu nebo ve stavu biskvitu a poté se spéká, aby se plně zhutnil. Po spékání se jeho tolerance stávají přísnými; toho lze dosáhnout pomocí velmi přesných diamantových nástrojů nebo kotoučů.

Odolnost proti korozi při vysokých teplotách

Karbid křemíku je inertní materiál s vynikající odolností proti korozi při vysokých teplotách díky vysokému bodu tání, nízké tepelné roztažnosti a tuhosti.

Čistý karbid křemíku lze vyrábět pomocí Lelyho procesu, při němž sublimovaný materiál z žulového kelímku sublimuje při vysokých teplotách a poté se při nižších teplotách ukládá na grafit, aby se při nižších teplotách mohl ukládat na grafit. Průmyslově vyráběný SiC často obsahuje nečistoty, jako je hliník, železo a uhlík.

Koroze karbidu křemíku může probíhat buď v redukčním, nebo oxidačním prostředí v závislosti na mnoha faktorech, jako jsou chemické látky, které na něj působí, přítomné nečistoty a spékací prostředky použité při spékání.

Elektrická vodivost při vysokých teplotách

Karbid křemíku se vyznačuje vynikající elektrickou vodivostí, což z něj činí vynikající materiál pro vysokoteplotní a napěťové aplikace. Kromě toho je díky své široké pásové mezeře obzvláště vhodný pro elektronická zařízení.

SiC se v čistém stavu chová jako elektrický izolant, avšak přidáním dopantů lze vyjádřit jeho polovodivost a zvýšit jeho schopnost odolávat vysokým teplotám a napěťovým namáháním.

Společnost ACM dodává černý i zelený prášek karbidu křemíku v různých zrnitostech pro použití ve spřažených a speciálních žáruvzdorných materiálech, kompozitech s kovovou matricí a v pecních nábytcích.

Vysokoteplotní elektrická izolace

Karbid křemíku je inertní materiál, nehořlavý a nereagující s většinou chemických látek. Vyrábí se tavením oxidu křemičitého a uhlíku v elektrické obloukové peci, jeho krystaly mají žlutozelený až modročerný odstín a vykazují jedinečnou duhovou lesklost.

Výroba ve velkém měřítku se zaměřuje především na keramická brusiva a jejich použití jako abraziva. Moissanit se v přírodě vyskytuje jako vzácný minerál moissanit. Moissanit má vynikající elektroizolační vlastnosti při pokojové teplotě s nízkou tepelnou roztažností a odolností vůči chemickým reakcím; navíc má vynikající elektroizolační vlastnosti při nízkých teplotách i odolnost vůči chemickým reakcím a ve formě slinutého materiálu může dokonce působit jako polovodič s koncentrací nosičů 5×1017 cm-3.

Odolnost proti opotřebení při vysokých teplotách

Karbid křemíku je vysoce odolný proti abrazi i nárazovému opotřebení, což z něj činí ideální brusný materiál. Karbid křemíku lze nalézt jako brusivo ve výrobcích, jako jsou brusné papíry, brusné kotouče a řezné nástroje, tvrdá keramika a žáruvzdorné cihly, brzdové obložení, vyzdívky pecí a topné prvky.

Díky vysoké čistotě a odolnosti proti chemickému působení při teplotě je PTFE ideálním materiálem pro podpěry a podložky pro destičky v pecích na výrobu polovodičů a také jako klíčové součásti termistorů a varistorů. Kromě toho je díky své pevnosti, stabilitě a nízké hustotě pórů také skvělou volbou pro plynové těsnicí kroužky a mechanická těsnění.

Tepelná stabilita při vysokých teplotách

Žáruvzdorné prvky z karbidu křemíku jsou odolné vůči vysokým teplotám a tepelným šokům a poskytují ochranu proti korozi fluorovodíkovou, sírovou a dalšími kyselinami.

SiC se vyznačuje nízkou tepelnou roztažností a odolává tlaku až 6,5 GPa, což z něj činí atraktivní materiál pro zrcadla astronomických teleskopů.

Karbid křemíku existuje nejméně v 70 krystalických formách. Nejčastěji se setkáváme s karbidem křemíku alfa s hexagonální krystalovou strukturou podobnou wurtzitu; mezi další oblíbené polymorfní formy patří beta a kubická struktura s centrovaným povrchem (FCC).

Tepelná roztažnost při vysokých teplotách

Karbid křemíku je materiál odolný vůči vysokým teplotám, který se často používá jako keramická deska v neprůstřelných vestách nebo jako brusivo. Ačkoli se přirozeně vyskytuje jako drahokam moissanit, výroba karbidu křemíku pro masové elektronické aplikace značně předčila míru výroby tohoto vzácného drahokamu.

Nízká tepelná roztažnost činí karbidové žáruvzdorné materiály lepšími než ostatní žáruvzdorné materiály a umožňuje jejich provoz při výrazně vyšších teplotách. Kromě toho jsou jejich relativně nízké závislosti součinitele tepelné roztažnosti na tlaku výhodné zejména při scénářích hluboké plášťové konvekce na karbidických planetách.

Mechanická stabilita při vysokých teplotách

Vynikající mechanická stabilita karbidu křemíku z něj činí atraktivní materiál pro díly, které musí zůstat stabilní při vysokých teplotách, včetně těch, které jsou vystaveny působení různých organických a anorganických kyselin, solí, louhů a dokonce i roztaveného železa. Kromě toho karbid křemíku poskytuje významnou ochranu proti korozi před mnoha organickými kyselinami, jakož i před solemi, zásadami a dalšími kyselinami, které se nacházejí také v roztocích solí a solných roztocích.

Díky výjimečně vysokému bodu tání a pevnosti v tahu si safír dokáže udržet svůj tvar při teplotách výrazně vyšších než 1000 stupňů Celsia, což z něj činí vynikající materiál pro zrcadla teleskopů v astronomii. Kromě toho je safír díky své odolnosti vůči oxidaci a chemické stabilitě vhodný pro součástky plynových turbín nebo jiné náročné použití.

Pevnost při vysokých teplotách

Karbid křemíku je inertní, tvrdý, syntetický materiál s vynikající tepelnou vodivostí a pevností při zvýšených teplotách, s vynikající odolností proti korozi většinou organických kyselin, anorganických solí, zásad a kapalných kovů.

Zelený karbid křemíku se používá v pojených a speciálních žáruvzdorných materiálech, kompozitech s kovovou matricí, nábytku do pecí a jako brusivo. Dostupná zrnitost se pohybuje v rozmezí 8-1500.

Průmyslová výroba SiC se provádí modifikovaným Lelyho procesem, při kterém se prášek nebo hrudky SiC umístí do válcového grafitového kelímku a zahřívají se na vysokou teplotu v elektrickém ohřívači.