Mihin piikarbidia käytetään?

Piikarbidi (SiC) on erittäin kova ja kestävä keraaminen materiaali, jolla on monia teollisia käyttötarkoituksia. Se kestää korroosiota, happoja ja korkeita lämpötiloja, minkä vuoksi se soveltuu moniin erilaisiin teollisuusympäristöihin.

SiC:tä käytetään uunien hyllyissä ja uunien vuorauksissa tulenkestävänä materiaalina, ja sitä käytetään myös hioma-aineena, joka tunnetaan nimellä karborundi. SiC voidaan työstää joko vihreänä tai keksimäisenä, mutta tiukkojen toleranssien saavuttamiseksi se on ensin sintrattava täysin.

Hionta-aine

Piikarbidi (SiC) on teollisuuden standardi hiomamateriaali, jota käytetään hiomalaikoissa ja leikkuutyökaluissa sekä metalli-, kivi- ja puupintojen hiomapapereissa. Koska SiC-hioma-aineet ovat riittävän kovia ja teräviä, ne ovat ihanteellisia hiomaratkaisuja, kun käsitellään materiaaleja, joita on vaikea leikata muilla hioma-aineilla.

Alumiiniseosta käytetään laajalti teollisuuden puhdistus- ja räjäytyslaitteiden, kuten suuttimien ja putkien, valmistuksessa. Sillä on erinomainen korroosionkestävyys happoja ja emäksiä vastaan sekä kestävä suorituskyky myös korkeissa lämpötiloissa - kaksi ominaisuutta, jotka tekevät tästä metallista erityisen tärkeän laitosteknisissä sovelluksissa, kuten pumpuissa ja mekaanisissa tiivisteissä.

Piikarbidikeramiikka on ihanteellinen valinta sovelluksiin, joissa vaaditaan äärimmäisiä lämpötiloja ja kemikaalien kestävyyttä, kuten sähköeristykseen. Niiden alhainen sulamispiste tekee niistä kestäviä korkeissa lämpötiloissa tapahtuvia vaurioita vastaan.

Piikarbidi on ihanteellinen materiaali elektroniikkalaitteisiin, koska se kestää poikkeuksellisen hyvin lämpöshokkeja ja pystyy toimimaan korkeammilla jännitteillä, minkä ansiosta suunnittelijat voivat rakentaa pienempiä laitteita, jotka ovat sekä energiatehokkaita että luotettavia - mikä selittää sen kasvavan suosion autoteollisuudessa tehomoduulien ampeerikapasiteetin lisäämiseksi.

Keraaminen

Piikarbidia esiintyy luonnostaan moissanitekiteissä, ja sitä on myös tuotettu keinotekoisesti 1800-luvun lopusta lähtien käytettäväksi hioma-aineina. Piikarbidi on erittäin kova materiaali, joka kilpailee timantin ja boorikarbidin kanssa, ja se erottuu edukseen erinomaisen kemiallisen stabiilisuutensa, korroosionkestävyytensä ja korkeissa lämpötiloissa tapahtuvan hapettumisen kestävyytensä ansiosta. Nämä ominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen materiaalin teollisiin sovelluksiin, jotka vaativat pitkäaikaista käyttöä ankarissa ympäristöissä.

Tästä materiaalista valmistetulla keramiikalla on monia edullisia fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia, kuten alhainen lämpölaajenemiskerroin ja korkea lujuus. Tämän ansiosta ne soveltuvat petrokemian ja prosessitekniikan aloille; niistä valmistetut keraamiset venttiilit ja sulatuslaitteiden osat kestävät jopa 1600 celsiusasteen lämpötiloja ilman halkeamia tai vääntymiä.

Sen erinomaisen mekaanisen lujuuden ja kestävyyden vuoksi siitä valmistetaan usein keraamisia kuulalaakereita, venttiileitä, puolijohdemateriaaleja ja gyroskooppeja. Näiden ominaisuuksien ansiosta sitä käytetään myös autojen komponenteissa, joita käytetään sähköajoneuvojen tehoelektroniikassa, joka edellyttää, että ne kestävät yli 65 asteen lämpötiloja. Lisäksi sillä on ratkaiseva merkitys ei-rautametallien sulattoteollisuuden laitteissa, kuten pystysäiliöiden tislausuunien alustoissa, rektifiointiuunissa, alumiinielektrolyyttikennoissa ja kuparisulatusuunien vuorauksissa; lisäksi sitä käytetään korkealaatuisen piikarbidikeramiikan valmistukseen, jolla on erinomaiset ominaisuudet, kuten kemiallinen korroosionkestävyys, ja jota käytetään rakettisuuttimissa ja moottorin osissa ilmailu- ja avaruusteollisuudessa.

Elektroniikka

Piikarbidi on kiehtova puolijohdemateriaali, jolla on ainutlaatuiset sähkö- ja lämpöominaisuudet. Tämän ansiosta se voi vuorotellen toimia johtimena (kuten kuparijohdot) ja eristeenä (kuten näitä johtoja peittävä polymeerieriste) olemassaolonsa aikana, mikä tekee siitä erityisen sopivan korkeajännitteisiin tehoelektroniikkasovelluksiin, kuten sähköajoneuvojen ajovaihtosuuntaajiin tai aurinkoenergiajärjestelmien DC/DC-muuntimiin.

SiC voidaan muuntaa tehopuolijohteiksi seostamalla sitä typellä tai fosforilla n-tyypin laitteiden tapauksessa tai berylliumilla, boorilla tai alumiinilla p-tyypin laitteiden tapauksessa. Näin saadaan aikaan laitteita, joilla on korkeampi läpilyöntijännite, nopeampi kytkentänopeus ja pienempi kytkentävastus verrattuna perinteisempiin tehopuolijohteisiin, kuten IGBT- ja bipolaaritransistoreihin.

Näiden etujen vuoksi monet elektroniikkavalmistajat käyttävät piikarbidia tuotteissaan. Tämä suuntaus todennäköisesti voimistuu, kun yhteiskunta siirtyy kohti sähköautojen valmistusta ja uusiutuvan energian varastointiratkaisuja.

Piikarbidin ainutlaatuiset ominaisuudet ovat synnyttäneet uraauurtavia ratkaisuja, jotka mullistavat tehoelektroniikkateollisuuden. Silicon Labsin kaltaiset yritykset tarjoavat eristysratkaisuja, jotka on räätälöity erityisesti sähköajoneuvosovelluksia varten, mikä helpottaa valmistajien mahdollisuuksia rakentaa tuotteita, joissa käytetään SiC:tä. Tämä voi lisätä sähköautojen tehokkuutta ja vähentää samalla energiahäviöitä siirron aikana akusta moottoriin, mikä johtaa kestävämpään tulevaisuuteen planeetallamme ja sen asukkailla.

Metalli

Piikarbidi on poikkeuksellisen kovaa ja sillä on myös erinomainen kemiallinen kestävyys. Se kestää jopa 1300o F:n lämpötiloja kuumien happamien liuosten ja emästen läsnä ollessa, joten se soveltuu sovelluksiin, joissa on kyse syövyttävien höyryjen tiivistämisestä kantokaasuista tai höyryjen erottamisesta tai tiivistämisestä kantokaasuista. Lisäksi piikarbidi kestää erinomaisesti kaikkia sulatettuja metalleja sekä useimpia fluorivetyhappoja.

Piikarbidi, epäorgaaninen keraaminen materiaali, on erittäin kova ja kestävä, ja se kestää äärimmäisiä lämpötiloja jopa 1600 celsiusasteen lämpötiloissa ja voimakkaita mekaanisia iskuja kärsimättä kulumisesta tai kulumisvaurioista. Piikarbidia käytetään usein hioma-aineena työstöprosesseissa, kuten hiekkapuhalluksessa, hionnassa, vesisuihkuleikkauksessa jne. Lisäksi piikarbidilisäaineet voivat lisätä sementin lujuutta.

Piikarbidin ainutlaatuisella kiderakenteella on monia käyttötarkoituksia, kuten sen käyttö tulenkestävissä aineissa ja keramiikassa, jotka kestävät korkeita lämpötiloja, sekä sen erinomainen lämmönkestävyys ja alhaiset lämpölaajenemisominaisuudet, jotka eristävät säteilyä vastaan ydinreaktoreissa ja teräksenvalmistuksessa. Lisäksi piikarbidivuoraukset muodostavat usein osan teollisuuden kaasuturbiinien sekä korkeajännitteisen tehoelektroniikan, kuten ajovirtasuuntaajien, koostumuksesta.

Edward Acheson syntetisoi keinotekoista karborundumia ensimmäisen kerran vuonna 1891, kun hän työskenteli synteettisten timanttien synteesimenetelmänsä parissa ja löysi piidioksidin ja hiilen sähköisesti kuumennetusta sulasta pieniä mustia kiteitä, joita hän kutsui karborundumiksi (latinan kielestä: "carbido de carburo"). Löytyi myöhemmin luonnostaan moissanite-mineraalimuodostelmina Canyon Diablon meteorikraatterista Arizonassa.