Είναι το καρβίδιο του πυριτίου κεραμικό;

Το καρβίδιο του πυριτίου, που αναφέρεται πιο συχνά ως καρβορουνδίου, προσφέρει ανώτερη αντοχή στη θερμότητα και διατηρεί υψηλή μηχανική αντοχή σε θερμοκρασίες που φτάνουν τους 1400 βαθμούς Κελσίου. Επιπλέον, η ακραία σκληρότητα, η αντοχή στην κόπωση και η χημική σταθερότητα σε επιθετικά περιβάλλοντα αποτελούν χαρακτηριστικά αριστείας για κάθε υλικό.

Το SiC συντέθηκε για πρώτη φορά τεχνητά το 1891 από τον Edward Acheson, όταν ανακάλυψε μικρούς μαύρους κρυστάλλους σε ένα ηλεκτρικά θερμαινόμενο τήγμα πετρελαϊκού κοκ και πυριτίου. Σήμερα, το SiC είναι ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα κεραμικά υλικά μηχανικής που χρησιμοποιούνται για μηχανικές και χημικές εφαρμογές.

Τι είναι το κεραμικό;

Το καρβίδιο του πυριτίου, που συνήθως αναφέρεται ως καρβορουνδία, είναι μια συνθετικά παραγόμενη κρυσταλλική ένωση από πυρίτιο και άνθρακα. Δημιουργήθηκε από τον Edward Acheson από την Πενσυλβάνια το 1891, το καρβίδιο του πυριτίου έχει γίνει ένα από τα πιο ζωτικά βιομηχανικά κεραμικά υλικά, το οποίο χρησιμοποιείται ως λειαντικό, πρόσθετο χάλυβα και δομικό κεραμικό με πολλές τεχνολογικές εφαρμογές που κυμαίνονται από πρόσθετο χάλυβα έως εφαρμογές δομικού κεραμικού - ακόμη και το διαμάντι σε σκληρότητα! Το καρβίδιο του πυριτίου έχει βαθμολογία 9,0 στην κλίμακα Mohs, ένα επίτευγμα που ελάχιστα άλλα υλικά μπορούν να ισχυριστούν!

Το SiC είναι ένα εξαιρετικά ανθεκτικό πυρίμαχο κεραμικό, το οποίο διαθέτει εξαιρετική αντοχή τόσο σε χημικές επιθέσεις όσο και σε υψηλές θερμοκρασίες, σχηματίζοντας μια προστατευτική επίστρωση οξειδίου του πυριτίου στους 1200 βαθμούς Κελσίου που παραμένει σταθερή μέχρι τους 1600 βαθμούς Κελσίου. Λόγω της εξαιρετικά υψηλής αντοχής του, του χαμηλού ρυθμού θερμικής διαστολής, της ανώτερης αντοχής στην τριβή, του χαμηλού ρυθμού θερμικής διαστολής και της εξαιρετικής αντοχής του έναντι μηχανικών δυνάμεων, όπως θωράκιση σώματος ή λείανση/φρεζάρισμα σκληρών υλικών, είναι κατάλληλο για πολλές απαιτητικές μηχανικές εφαρμογές, όπως θωράκιση σώματος και λείανση/φρεζάρισμα σκληρών υλικών.

Τα κεραμικά, σε αντίθεση με τα μέταλλα, είναι ανόργανα στερεά από ανόργανα στοιχεία με μοναδική κρυσταλλικότητα και ηλεκτρονιακές δομές που παρέχουν μοναδικές ιδιότητες ανάλογα με τη σύνθεση και τη δομή τους. Η κρυσταλλικότητα και η ηλεκτρονιακή τους δομή καθιστούν κάθε κεραμικό ξεχωριστό- λόγω αυτού του χαρακτηριστικού και των ιδιοτήτων ομοιοπολικού δεσμού αποτελούν εξαιρετικά προϊόντα θερμικής και ηλεκτρικής μόνωσης.

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα εξαιρετικά ανθεκτικό πυρίμαχο κεραμικό με εξαιρετικές ιδιότητες αντίστασης σε θερμικό σοκ, γεγονός που το καθιστά εξαιρετική επιλογή για εξαρτήματα ηλεκτρικών οχημάτων (EV). Ειδικότερα, τα φρένα και οι συμπλέκτες επωφελούνται από την ικανότητα αυτού του υλικού να αντέχει σε υψηλά επίπεδα θερμότητας χωρίς να υφίσταται μεγάλη δομική απώλεια, καθώς αντιστέκεται στη φθορά λόγω τριβής και φθοράς, ενώ μειώνει σημαντικά το κόστος φθοράς. Επιπλέον, οι ανώτερες ηλεκτρομονωτικές του ιδιότητες μειώνουν τις απαιτήσεις ισχύος του συστήματος και επεκτείνουν σημαντικά την αυτονομία οδήγησης της μπαταρίας.

Τα κεραμικά υλικά υπόσχονται τη μείωση της εξάρτησης από ενεργά συστήματα ψύξης που προσθέτουν περιορισμούς στο βάρος, το κόστος και τη χωρητικότητα των ηλεκτρικών οχημάτων (EV). Επιπλέον, αυτό το κεραμικό υλικό επιτρέπει σε ένα EV να λειτουργεί σε υψηλότερες τάσεις και ταχύτητες, καθώς και να βελτιώνει την αποδοτικότητα του συστήματος μετατροπέα.

Το SiC διαθέτει υψηλό σημείο τήξης και σκληρότητα που του επιτρέπουν να αντέχει στις υψηλές θερμοκρασίες που απαιτούν οι ηλεκτρικές συσκευές, εξαλείφοντας έτσι την ανάγκη για ακριβά συστήματα ψύξης στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα - αυξάνοντας έτσι σημαντικά την εμβέλεια, την ταχύτητα, τη μείωση των εκπομπών, τη χρήση ενέργειας και την κατανάλωση ενέργειας.

Τι είναι το κεραμικό μη οξείδιο;

Τα κεραμικά οξειδίων, ωστόσο, σχηματίζονται με τη χημική σύνδεση δύο στοιχείων για την παραγωγή στερεού υλικού- τα κεραμικά μη οξειδίων αποτελούνται από ένα μόνο στοιχείο. Τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου, για παράδειγμα, αποτελούνται από τετράεδρα που σχηματίζονται από άτομα πυριτίου και άνθρακα που συγκρατούνται μαζί μέσα σε μια δομή κρυσταλλικού πλέγματος συνδεδεμένα μεταξύ τους σχηματίζοντας ένα εξαιρετικά σκληρό αλλά και ανθεκτικό και ανθεκτικό στην τριβή υλικό - ιδιότητες που έχουν καταστήσει το καρβίδιο του πυριτίου μια όλο και πιο δημοφιλή επιλογή για χρήση ως πυρίμαχα κεραμικά υλικά.

Τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου μπορούν να παραχθούν με διάφορες μεθόδους. Μια παραδοσιακή προσέγγιση περιλαμβάνει την πυροσυσσωμάτωση λεπτής σκόνης καρβιδίου του πυριτίου σε στερεό υλικό, χρησιμοποιώντας ένα βοήθημα πυροσυσσωμάτωσης, όπως το οξείδιο του μαγνησίου, για επιτυχή αποτελέσματα.

Ένας τρόπος παραγωγής κεραμικού καρβιδίου του πυριτίου είναι η έψησή του σε κλίβανο με υψηλές θερμοκρασίες, και στη συνέχεια η υποβολή του υλικού σε πίεση για την επίτευξη πυκνότερων τελικών προϊόντων. Ανεξάρτητα από τη μορφή παραγωγής τους, τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου παρουσιάζουν εντυπωσιακές ιδιότητες - συμπεριλαμβανομένης της αντοχής στη διάβρωση, την τριβή και τη διάβρωση, καθώς και της υψηλής αντοχής στο μέτρο ελαστικότητας του Young (YMF) και της ανθεκτικότητας σε θραύση (MPa * m 1).

Το βιομηχανικό κεραμικό καρβίδιο του πυριτίου είναι από καιρό σεβαστό για την απαράμιλλη ικανότητά του να αντιστέκεται στην τριβή, την οξείδωση και τη διάβρωση, καθώς και στο θερμικό σοκ και τη χημική διάβρωση, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλούς τομείς - είτε πρόκειται για την αυτοκινητοβιομηχανία, τη μηχανολογία, τις χημικές βιομηχανίες είτε για την προστασία του περιβάλλοντος και τη διαστημική τεχνολογία. Τα πυρίμαχα προϊόντα που κατασκευάζονται με κεραμικό καρβίδιο του πυριτίου, όπως ακροφύσια καυστήρων ή σωλήνες εκτόξευσης, καθώς και εξαρτήματα εγκαταστάσεων αποθείωσης καυσαερίων, χρησιμοποιούν επίσης συχνά την ευελιξία του.

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα από τα σκληρότερα υλικά που είναι γνωστά στον άνθρωπο, δεύτερο μόνο μετά το διαμάντι και το κυβικό νιτρίδιο του βορίου όσον αφορά την ανθεκτικότητα. Αυτό καθιστά το καρβίδιο του πυριτίου μια εξαιρετική επιλογή υλικού για βαλλιστικά προστατευτικά υλικά όταν η εξοικονόμηση βάρους αποτελεί ζήτημα. Η Saint-Gobain είναι ένας από τους σημαντικότερους προμηθευτές παγκοσμίως βιομηχανικών προϊόντων και λύσεων καρβιδίου του πυριτίου, προσφέροντας δοκιμασμένες για τη βιομηχανία ποιότητες, καθώς και εξατομικευμένες προσφορές που έχουν σχεδιαστεί για να καλύπτουν τις απαιτήσεις συγκεκριμένων τομέων εφαρμογής.

Τι είναι ένα πυρίμαχο κεραμικό;

Τα πυρίμαχα κεραμικά είναι μη οξειδωμένα υλικά με εξαιρετική αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, χαμηλή χημική σταθερότητα και χαρακτηριστικά θερμικής διαστολής που τα καθιστούν κατάλληλα για απαιτητικές εφαρμογές όπως η μόνωση κλιβάνων και φούρνων, εξαρτήματα συστημάτων πυροπροστασίας και εξαρτήματα συστημάτων εξάτμισης αυτοκινήτων.

Τα πυρίμαχα υλικά μπορούν να χωριστούν σε δύο διακριτές ομάδες, τα πολύ πορώδη και τα μονολιθικά. Από την πρώτη ομάδα, τα κεραμικά αλουμίνας-πυριτίας (AlSiO2) είναι ένα από τα πιο διαδεδομένα παραδείγματα. Αποτελούμενα από λεπτόκοκκα αλεσμένα συσσωματώματα αλουμίνας συνδεδεμένα μεταξύ τους με αργιλικό συνδετικό υλικό, τα κεραμικά αυτά διατίθενται σε μορφή τούβλων ή μπλοκ, αλλά μπορούν επίσης να διατίθενται και προσχηματισμένα ως προσχηματισμένες γούρνες, φυσητήρες, επενδύσεις και χωνευτήρια για διεργασίες έντασης θερμότητας, όπως η υαλουργία, η παραγωγή χάλυβα και οι θερμοηλεκτρικές/ηλεκτρικές μονάδες.

Τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου συγκαταλέγονται μεταξύ των ελαφρύτερων, σκληρότερων και ισχυρότερων προηγμένων κεραμικών που είναι διαθέσιμα, παρόμοια με τις ιδιότητες του διαμαντιού. Ικανά να αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες καθώς και σε χημικές επιθέσεις από οξέα και αλισίβες, παρουσιάζουν επίσης αντοχή στη διάβρωση και τη φθορά - γεγονός που τα καθιστά εξαιρετική επιλογή υλικού για ακροφύσια ψεκασμού και εξαρτήματα κυκλώνα.

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα εξαιρετικά σκληρό και δημοφιλές υλικό που χρησιμοποιείται στην κατασκευή βαλλιστικών κεραμικών. Όταν συνδυάζεται με καρβίδιο βορίου ή καρβίδιο βολφραμίου, σχηματίζει το κεραμικό DuraShock, το οποίο παρέχει αυξημένες επιδόσεις με ταυτόχρονη εξοικονόμηση βάρους.

Άλλοι τύποι πυρίμαχων κεραμικών περιλαμβάνουν ίνες καρβιδίου του πυριτίου και τεχνητές ίνες αργιλοπυριτικών αλάτων που παράγονται με παρόμοιες διαδικασίες όπως τα δομικά προϊόντα αργίλου και χρησιμοποιούνται για βιομηχανικά πυρίμαχα υλικά όπως η επένδυση κλιβάνων και φούρνων. Οι άμορφες ίνες μπορούν επίσης να κοπούν γρήγορα σε μέγεθος για επισκευές, εάν η τριβή ή η διάβρωση των επενδύσεων αποτελεί πρόβλημα, καθώς κόβονται εύκολα σε μέγεθος με αιχμηρό ψαλίδι για γρήγορες επισκευές.

Το αφρώδες κεραμικό πυρίμαχο υλικό έχει γίνει ένα όλο και πιο δημοφιλές υλικό για την παραγωγή εναλλάκτη θερμότητας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ικανότητά του να θερμαίνεται ηλεκτρικά το καθιστά ιδανικό για το διαχωρισμό διαβρωτικών υγρών από φέροντα αέρια και τη συμπύκνωση ατμών σε υψηλές θερμοκρασίες διεργασίας, ενώ η χαμηλή πίεση, η μεγάλη ειδική επιφάνεια και η ειδική δομή δικτύου χώρου επιτρέπουν την ενισχυμένη μεταφορά θερμότητας.

Τι είναι ένα κεραμικό υψηλής θερμοκρασίας;

Το καρβίδιο του πυριτίου, ένα βιομηχανικά σκληρό υλικό που αποτελείται από άτομα άνθρακα και πυριτίου, είναι ένα εξαιρετικά σκληρό υλικό ικανό να αντέχει σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Λόγω της αντοχής του στη διάβρωση, την τριβή και την οξείδωση καθιστά το υλικό αυτό κατάλληλο για πολυάριθμες εφαρμογές και βιομηχανίες. Οι διαδικασίες πυροσυσσωμάτωσης δημιουργούν πυκνές στερεές δομές με υψηλή αντοχή σε θλίψη και εφελκυσμό - ιδανικές για χρήση σε βιομηχανικούς κλιβάνους ή άλλες εφαρμογές υψηλής απόδοσης.

Ο Edward Goodrich Acheson παρήγαγε καρβίδιο του πυριτίου σε μεγαλύτερη κλίμακα για πρώτη φορά το 1891, θερμαίνοντας μαζί πηλό (πυριτικό αργίλιο) και κοκ σε σκόνη σε σιδερένιο κύπελλο για να σχηματίσει μπλε κρυστάλλους γνωστούς ως καρβορουνδίου, χρησιμοποιώντας αργότερα το υλικό αυτό στις τεχνικές κολλαγραφικής εκτύπωσης ως πλάκες εκτύπωσης ή τροχούς λείανσης στις βιομηχανίες λείανσης.

Το αφροκεραμικό είναι ένα προηγμένο πορώδες κεραμικό που διαθέτει ακανόνιστη τρισδιάστατη δομή δικτύου. Αυτός ο τύπος πορώδους κεραμικού διαθέτει υψηλό πορώδες, μικρή σχετική πυκνότητα, επιλεκτική διαπερατότητα υγρών και αέριων μέσων, ιδιότητες απορρόφησης ενέργειας που αντιστέκονται στις δυνάμεις κρούσης, θερμικές, ηλεκτρικές, μηχανικές και χημικές ιδιότητες που το καθιστούν κατάλληλο για εφαρμογές καθαρισμού μεταλλικών διαλυμάτων, ενώ εξαλείφει τα μη μεταλλικά εγκλείσματα/προσμίξεις βελτιώνοντας παράλληλα τους ειδικούς ρυθμούς και τις μηχανικές ιδιότητες του κράματος. Το αφρώδες κεραμικό έχει γίνει ένας ελκυστικός υποψήφιος σε εφαρμογές καθαρισμού μεταλλικών διαλυμάτων λόγω αυτών των ιδιοτήτων - γεγονός που το καθιστά βιώσιμο υποψήφιο σε εφαρμογές καθαρισμού μεταλλικών διαλυμάτων, καθώς απομακρύνει αποτελεσματικά τα μη μεταλλικά εγκλείσματα/προσμίξεις, ενώ αυξάνει τον εξειδικευμένο ρυθμό/τις μηχανικές ιδιότητες του κράματος με τη χρήση αυτού του κεραμικού υλικού.

Η εξαιρετική σταθερότητα του καρβιδίου του πυριτίου σε υψηλές θερμοκρασίες έχει οδηγήσει στην ευρεία χρήση του σε πυρίμαχες εφαρμογές, όπως ακροφύσια καυστήρων, σωλήνες πίδακα και φλόγας και προστατευτικές επιστρώσεις για θερμοστοιχεία υψηλής απόδοσης. Επιπλέον, το κεραμικό καρβίδιο του πυριτίου χρησιμοποιείται επίσης ως μέρος των διαδικασιών θερμικής επεξεργασίας μετάλλων και κραμάτων- επιπλέον, έχει γίνει επίσης ένα πολύτιμο υλικό που χρησιμοποιείται σε προωθητικές ύλες πυραύλων, συστήματα θωράκισης σύνθετων υλικών με κεραμική υποστήριξη, συστήματα βαλλιστικής προστασίας, καθώς και σε θερμικές επεξεργασίες μετάλλων και κραμάτων.

Το καρβίδιο του πυριτίου μπορεί να προστεθεί με άζωτο και φώσφορο τύπου n και με βηρύλλιο, βόριο ή αλουμίνιο τύπου p, ώστε να μεταβληθούν τα χαρακτηριστικά του ημιαγωγού και να αυξηθεί η μεταλλική αγωγιμότητα για ηλεκτρονικές εφαρμογές υψηλής ισχύος. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου χρησιμεύει ως το βασικό υλικό που χρησιμοποιείται για την παραγωγή γραφενίου, το οποίο παρουσιάζει αξιοσημείωτες φυσικές και χημικές ιδιότητες.