Produkty z karbidu křemíku

Karbid křemíku, označovaný také jako korund nebo karborundum, je tvrdá chemická sloučenina tvořená křemíkem a uhlíkem, která tvoří drahokamy, jako je moissanit.

Metalloid má vrstevnatou krystalovou strukturu, která se vyskytuje v různých formách nebo polytypech. Je nerozpustný ve vodě a alkoholu a zároveň odolný vůči většině kyselin a zásad.

Abrazivní materiály

Karbid křemíku je jednou z nejtvrdších známých látek a svou tvrdostí konkuruje materiálům, jako je diamant nebo karbid boru. Jedná se o extrémně tvrdý a ostrý brusný materiál, který se používá k řezání, broušení a tvarování kovů, kamene a dalších materiálů - díky tomu je oblíbenou volbou při výrobě brusných kotoučů a brusných papírů.

Brusné materiály obsahují dlouhá, tenká zrna s ostrými hroty - ideální k rychlému řezání kovů, kamenů a jiných tvrdých materiálů bez poškození podkladových povrchů. Karbid křemíku má výjimečně vysokou tvrdost 9,1 podle Mohsovy stupnice, takže je obzvláště vhodný pro použití při broušení kovů a jiných tvrdých látek.

Keramické materiály jsou také velmi trvanlivé a odolné vůči extrémním teplotám, takže jsou vhodné pro použití v elektrických napájecích systémech a pro řízení bateriových sad v elektrických vozidlech. Kromě toho má tento materiál další výhodu v tom, že odolává vysokým napěťovým nárokům kladeným na tyto motory.

Společnost Washington Mills vyrábí širokou škálu černých sikových brusiv od makro až po mikrozrnitost a submikronových práškových brusiv CARBOREX, která jsou vhodná pro aplikace včetně broušení brusných kotoučů a povlakovaných lepených/povlakovaných brusiv, žáruvzdorných materiálů, tryskání železa/ocelí, volného broušení, neklouzavých brusiv rock tumbling a také leštění drahých kamenů a kamenů. Tyto materiály se hodí pro mnoho použití, včetně výroby brusného kotouče/povlakovaných/povrstvených/vázaných/povrstvených/vázaných/povrstvených/vázaných/povrstvených/vázaných/povrstvených/povrstvených/vázaných/povrstvených/povrstvených/vázaných/povrstvených/povrstvených/vázaných/povrstvených/povrstvených/vázaných/povrstvených/vázaných/povrstvených/povrstvených/vázaných/povrstvených/vázaných (brusný kotouč), žáruvzdorných materiálů/metání železa a oceli, volného broušení/protismykových brusiv/leštění hornin/leštění drahokamů.

Brusný materiál se vyrábí tavením a ochlazováním oxidu křemičitého za řízených podmínek v reaktoru za vzniku krystalů karbidu, které se pak spékají do velmi tvrdého keramického materiálu známého jako karborundum. Ačkoli se v přírodě vyskytuje jako vzácný minerál moissanit, masová výroba tohoto přírodního minerálního prášku začala v roce 1893 pro použití jako brusiva.

Řezné nástroje

Karbid křemíku se široce používá k výrobě řezných nástrojů pro obrábění kovových a keramických materiálů. Díky své vynikající tvrdosti a odolnosti proti opotřebení je karbid křemíku vynikající volbou materiálu při práci s abrazivními materiály, které se mohou při řezání tříštit. Kromě toho tento tepelně odolný materiál také zabraňuje deformaci nebo oxidaci nástrojů vyrobených z tohoto materiálu a zajišťuje celkově hladší řezy. Řezné nástroje z karbidu křemíku se navíc vyznačují dobrou mazivostí, která umožňuje hladší řezy.

Prášek karbidu křemíku se široce používá pro různé abrazivní obráběcí procesy, jako je pískování, broušení a řezání vodním paprskem. Kromě toho tento materiál slouží jako izolant při výrobě skla a keramiky. Pevnost a odolnost karbidu křemíku proti opotřebení navíc umožňují provádět čisté řezy s minimálním odpadem surovin.

Nitrid křemíku a křemičitá keramika mohou být také použity v matricích řezných nástrojů pro své vlastnosti řezných nástrojů a mohou být kombinovány se zpevňujícími materiály, jako je zirkon, yttria, karbid titanu hafnia magnesia a karbid chromu, pro zvýšení houževnatosti. Tyto řezné nástroje se před slinováním za tlaku přesahujícího 4 000 psi formují do forem destiček.

Na tuto technologii byly podány patenty. Jeden patent popisuje postup výroby abrazivní keramiky smícháním karbidu křemíku a oxidu hlinitého a následným spékáním. Tato směs vytváří tvrdý a zároveň odolnější keramický materiál, než je jeho původní stav, který lze následně použít k výrobě řezných nástrojů pro použití při různých obráběcích operacích, jako je soustružení, frézování a vyvrtávání.

Tepelně odolné materiály

Karbid křemíku (SiC) je anorganická sloučenina složená z křemíku (Si) a uhlíku (C). Ačkoli je v přírodě vzácný, karbid křemíku byl úspěšně vyroben elektrochemickou reakcí mezi pískem a částicemi uhlíku při vysokých teplotách. Díky vysoké tvrdosti, dobré tepelné odolnosti, vynikající tepelné vodivosti, pevnosti při vysokých teplotách a omezené tepelné roztažnosti je karbid křemíku ideálním kandidátem pro použití v žáruvzdorných materiálech.

Keramický prášek z karbidu křemíku Ve směsi s jinými materiály lze z keramického prášku vyrobit výrobky určené pro práci ve vysokoteplotním a mechanicky náročném prostředí. Aplikace keramického prášku sahají od tvrdosti brusiva pro jeho antikorozní vlastnosti; tepelné stability v žáruvzdorných materiálech/keramice/keramitech pro tepelnou stabilitu/vysokou tepelnou odolnost; až po elektroniku, kde se jeho vysoká tepelná vodivost setkává s chemickou kompatibilitou - jak je vidět níže.

Žáruvzdorné materiály

Žáruvzdorné materiály z karbidu křemíku se používají k ochraně zařízení před vysokými teplotami a velkým zatížením při průmyslových procesech, jako je například výroba skla. Například ve sklářství pomáhají chránit stěny pecí a tlumiče před intenzivními teplotami při vypalování v pecích. Žáruvzdorné materiály z karbidu křemíku slouží také jako součásti odolné proti opotřebení používané v chemickém průmyslu, včetně vyzděných trubek a regulačních tlumivek průtoku.

Karbid křemíku vyztužený uhlíkovými vlákny (CFRC), extrémně pevný, ale lehký a odolný materiál, který se běžně vyskytuje v brzdových destičkách vysoce výkonných automobilů, stejně jako z něj jsou vyrobeny pancíře Chobham a keramické destičky neprůstřelných vest.

Mohsova stupnice tvrdosti řadí SiC na 9. místo, takže je tvrdší než diamant a karbid boru. Tvrdost SiC mu zajišťuje vynikající odolnost proti otěru a opotřebení a také nekorozivní vlastnosti, které mu zajišťují dlouhodobou životnost. Jeho tuhost a nízká tepelná roztažnost mu navíc umožňují odolávat vysokým úrovním namáhání, což z něj činí oblíbenou volbu v aplikacích, jako jsou brusné kotouče.

Materiály odolné proti opotřebení

Karbid křemíku se vyznačuje mimořádnou fyzikální odolností a je schopen pracovat pod tlakem při velmi vysokých teplotách, aniž by při zatížení praskal. Kromě toho je díky své chemické inertnosti odolný vůči extrémně agresivním chemikáliím, jako jsou louhy a roztavené soli, a zároveň nabízí odolnost vůči elektromagnetickému rušení a záření.

Reakčně vázaná keramika z karbidu křemíku (vložky ZPC) je ideální volbou pro aplikace vyžadující vynikající výkon při zvýšených teplotách, poskytuje vynikající odolnost proti erozi a otěru a dlouhodobě snižuje náklady oproti dlaždicovým nebo kovovým vložkám. Vložky ZPC mají výrazně nižší náklady na údržbu a zároveň poskytují delší dobu provozu, což z nich v mnoha případech dělá materiál, který je vhodný pro použití.

Je známo, že SiC odolává tribologickému opotřebení (opotřebení způsobenému třením mezi materiály), a to v závislosti na rozložení velikosti zrn a přítomnosti zrn zpevňující fáze v obrušovaných strukturách. Odolnost SiC proti křehkému praskání je navíc výrazně vyšší než u jiných konstrukčních keramik.

Reakčně vázaný slinutý SiC nabízí vynikající odolnost proti otěru, mírnou tepelnou roztažnost a výjimečnou odolnost proti korozi - ideální vlastnosti pro použití v keramických kolenech, vyzdívkách trubek a žlabových vložkách používaných při tavení neželezných kovů, jakož i pro vyzdívky trysek pískování a vodních čerpadel v automobilovém průmyslu.

Spékání reakčně vázaného SiC je řada výrobních procesů, při nichž vzniká zelené těleso složené z práškového karbidu křemíku smíchaného s plastickým pojivem, jako je nitrid bóru nebo uhlík, které se následně lisuje, vytlačuje nebo vstřikuje do keramických výrobků. Spékání umožňuje, aby se třídy SiC a pojiva během procesu spékání spojily a poskytly zvýšenou odolnost vůči vysokým teplotám prostředí i otěru než tradiční slitiny nebo kovy.

Vysokoteplotní materiály

Karbid křemíku (SiC) je jedním z nejtvrdších a žáruvzdorných keramických materiálů, který se přirozeně vyskytuje v moissanitu. Od roku 1893 se masově vyrábí jako abrazivní syntetický prášek, který se od té doby spéká a vytváří vysoce výkonnou pokročilou strukturální keramiku. SiC nachází uplatnění v průmyslových odvětvích včetně výroby řezných nástrojů a broušení polovodičů/železných kovů; díky své výjimečné tvrdosti je také velmi účinným brusivem pro broušení/leštění.

SiC je ideálním materiálem pro vysokoteplotní aplikace, protože se může pochlubit Youngovým modulem přes 400 GPa a zachovává si pevnost v ohybu při teplotě 25 stupňů Celsia až do bodu tání křemíku (1410 stupňů Celsia). SiC dobře odolává korozi, oděru, erozi a třecímu opotřebení a zároveň je necitlivý vůči kyselinám, jako je kyselina fosforečná, sírová a dusičná, což z něj činí materiál, který se používá v chemických provozech, ropovodech a dalších průmyslových prostředích.

Reakční spojování nebo spékání, které výrazně mění mikrostrukturu konečných výrobků z SiC. Reakčně vázaný SiC se vyrábí infiltrací kompaktů uhlíku a křemíku kapalným křemíkem, který infiltruje kompakty a vytváří další SiC. Mezitím se slinutý SiC vytváří pomocí čistého prášku karbidu křemíku s neoxidovými spékacími pomůckami za použití běžných keramických tvářecích technik.

Obě formy se vyznačují vynikající obrobitelností, vysokou tepelnou vodivostí a nízkou tepelnou roztažností. Oba materiály také odolávají extrémním teplotám, aniž by se deformovaly, a jsou tak vhodné pro jaderné reaktory, petrochemická zařízení, letecké a kosmické aplikace, součásti motorů, mechanická těsnění a čerpadla.