Piikarbidin ainutlaatuiset ominaisuudet

Piikarbidi, josta käytetään yleisesti nimitystä karborundi, on erittäin kova ja kestävä keraaminen materiaali, jolla on lukuisia erinomaisia ominaisuuksia, joiden ansiosta se soveltuu teolliseen käyttöön eri tarkoituksiin.

Veteen liukenematon ja kestää korroosiota tai kemiallisia vaikutuksia ankarissa ympäristöissä.

Kovuus

Piikarbidi (SiC) on kova, synteettisesti tuotettu hiilen ja piin yhdiste, jota esiintyy luonnossa vain hyvin rajallinen määrä moissanitissa. Edward Goodrich Acheson patentoi ensimmäisen kerran prosessinsa sen tuottamiseksi jauheena vuonna 1893; siitä lähtien piikarbidi on ollut yhä suositumpi hioma-aine. Piikarbidia käytetään useilla eri teollisuudenaloilla, kuten teollisuusuunien uunivuorauksissa, metallinvalmistusprosesseissa käytettävissä hionta- ja leikkuumateriaaleissa, pumpuissa/rakettimoottoreissa/ piikarbidialustoissa käytettävissä kulutusta kestävissä osissa sekä puolijohdekomponenttien substraateissa/alustoissa/substraateissa/laitteiden substraateissa/laitteiden substraateissa/laitteiden substraateissa/laitteiden substraateissa/substraateissa/sirujen substraateissa/ jne.

Kulta on yksi kovimmista tavallisista hiottavista mineraaleista, ja sen Mohsin kovuusluokka on 9, mikä vastaa tarkasti timantin kovuusluokkaa. Tämä antaa sille poikkeuksellisen hyvän iskunkestävyyden ja kulutuskestävyyden, minkä vuoksi se soveltuu lasia, kiveä ja kovempia metalleja sisältävien materiaalien räjäyttämiseen puhdistus- ja syövytystarkoituksiin, poraukseen, jyrsintään, hiontaan ja poraukseen. Se on myös tehokas hioma-aine porauksen jyrsinnän hiontatöihin.

piikarbidi tarjoaa muutakin kuin pelkän kovuutensa: Sen ominaisuuksiin kuuluu korroosionkestävyys ja alhainen lämpölaajenemiskerroin, mikä tekee siitä erittäin haluttavan. Lisäksi piikarbidin kemialliseen kestävyyteen kuuluu fosfori-, rikki- ja typpihapon kestävyys, mutta se ei ole myrkyllistä - toinen houkutteleva piirre tässä inertissä materiaalissa, joka ei ruostu eikä ime kosteutta.

SiC tunnetaan äärimmäisestä kovuudestaan ja kimmomoduulistaan, minkä vuoksi se soveltuu hyvin yhdistettäväksi toisiinsa kehittyneeksi keramiikaksi. SiC:n mustanharmaa väri, vähäinen huokoisuus ja äärimmäinen kovuus tekevät siitä erityisen arvokkaan ballistiikassa, jossa sen kyky pysäyttää ammukset mahdollisimman pienellä energianhäviöllä vähentää ammusten aiheuttamia vahinkoja, kun taas sen käyttö sotilasajoneuvojen kovana panssarina tarjoaa ylivoimaisen suojan huomattavasti pienemmällä painolla kuin teräspanssarointi.

Elkem työllistää SiC-asiantuntijaryhmän, joka vastaa tämän huipputeknologisen materiaalin hankinnasta ja käsittelystä räätälöityjen seosten luomiseksi asiakkaiden vaatimusten mukaisesti Liegessä, Belgiassa sijaitsevassa huipputeknisessä laitoksessa, joka tunnetaan nimellä Elkem Processing Services (EPS). Tämä erittäin kokenut ja motivoitunut tiimi tarjoaa täydellistä asiakaspalvelua ja teknistä apua eri toimialoilla ja tuottaa samalla korkealaatuista SiC:tä käytettäväksi kaikkialla.

Vahvuus

Piikarbidi, josta teollisuudessa käytetään yleisesti nimitystä SiC, on yksi maapallon kovimmista materiaaleista. SiC:tä käytetään yleisesti synteettisesti hioma-aineissa ja puolijohde-elektroniikassa, jotka vaativat korkeaa lämpötila-/jännitesuorituskykyä. Lisäksi se toimii kehittyneiden sähköajoneuvojen akkujärjestelmien selkärankana.

Piikarbidi on poikkeuksellinen materiaali, jolla on monipuoliset ominaisuudet lämpöshokkien kestävyydestä väsymislujuuteen ja kemialliseen inertiaan. Sillä on poikkeuksellisen korkea, yli 400 GPa:n Youngin moduuli, jonka ansiosta se kestää suuria rasituksia vääristymättä. Tämän ominaisuutensa ansiosta piikarbidi on ihanteellinen materiaalivalinta komponentteihin, jotka on suunniteltu kestämään kovia ympäristöjä, kuten hankausta, eroosiota ja korroosiota.

Piikarbidikomponentit kestävät jopa 1 400 °C:n lämpötiloja ilman mekaanisen lujuuden heikkenemistä ja säilyttävät korkean lämmönjohtavuuden ja alhaisen laajenemiskertoimen näissä lämpötiloissa, mikä tekee niistä erinomaisen valinnan vaativiin sovelluksiin, kuten maanpäällisissä sähköajoneuvoissa käytettävään tehoelektroniikkaan tai avaruusluotainten instrumentteihin.

Piikarbidin laaja lämpötila-alue johtuu sen ainutlaatuisesta kiderakenteesta. Piikarbidi koostuu tetraedereistä, jotka koostuvat pii- ja hiiliatomeista, joilla on vahvat sidokset kideruudussaan, ja se on osoittautunut kestäväksi sekä hankausta että lämpöshokkeja vastaan, joten se soveltuu vaativiin kemiallisiin ympäristöihin. Lisäksi se, että se on veteen, alkoholiin ja happoihin liukenematon, vahvistaa tätä soveltuvuutta entisestään.

Piikarbidi erottuu arvokkaana materiaalina sen laajan kaistanleveyden ansiosta, joka on olennainen sähköinen ominaisuus, joka määrittää materiaalin luokittelun joko puolijohteeksi, eristeeksi tai johtimeksi. Piikarbidilla on eristeistä yksi leveimmistä kaistanleveyksistä, mutta kapeampi kuin johtimilla.

Piikarbidin korkea lujuus, lämmönkestävyys ja monipuolisuus tekevät siitä huippuvalinnan sekä hioma- että puolijohdeteollisuudessa. Elkem tarjoaa erilaisia piikarbidituotteita - sekä reaktiosidottuja että sintrattuja tuotteita - Elkem Processing Services (EPS) -palvelun puitteissa, joka tarjoaa tiimillemme raaka-SiC-materiaalia asiakkaiden projekteja varten, ennen kuin se jalostetaan valmiiksi SiC-tuotteiksi asiakkaan yksilöllisten vaatimusten mukaisesti.

Vakaus

Piikarbidi on yksi kovimmista koskaan luoduista materiaaleista, joten se on yksi kestävimmistä materiaaleista, joka kestää äärimmäisiä olosuhteita. Tämän kestävyyden vuoksi piikarbidia on jo pitkään suosittu vaihtoehtona autojen jarruissa ja kytkimissä sekä luodinkestävissä liiveissä, koska se kestää korroosiota jopa ankarissa kemiallisissa ympäristöissä.

Piikarbidin kovuus johtuu sen erityisestä kiderakenteesta: se koostuu neljästä hiili- ja neljästä piiatomista, jotka ovat kovalenttisesti sitoutuneet tiiviisiin ristikkorakenteisiin, joita kutsutaan tetraedrirakenteiksi, ja ne estävät kaikenlaisen liikkeen ja rekombinaation, joka muutoin voisi johtaa materiaalin väsymiseen ja halkeiluun, mikä lisää sen lujuutta.

Piikarbidilla on erinomaisen kovuuden lisäksi myös erinomainen lämmönkestävyys, ja se kestää jopa 1400 celsiusasteen lämpötiloja, mikä tekee siitä erinomaisen ehdokkaan käytettäväksi korkean lämpötilan sovelluksissa, kuten kaasuturbiineissa ja rakettisuuttimissa. Lisäksi tästä materiaalista valmistetaan piikarbidikomponentteja, kuten mekaanisia tiivisteitä ja laakereita, jotka kestävät kovia lämpötila- ja paineolosuhteita.

Piikarbidin poikkeuksellinen kemiallinen inerttius tekee siitä erinomaisen valinnan käytettäväksi teollisissa sovelluksissa, joissa se kestää syövyttäviä kemikaaleja, korkeita lämpötiloja ja kovia mekaanisia ympäristöjä, kuten ilmailu- ja avaruusalalla. Piikarbidi kestää ilmailu- ja avaruustuotannossa käytettäviä korkeita lämpötiloja ja kovia mekaanisia ympäristöjä, ja sitä käytetään myös työkalujen valmistuksessa, koneistuslaitteiden tuotannossa ja kemikaalien käsittelyssä.

Piikarbidin ylivoimainen suorituskyky johtuu myös sen laajasta kaistanleveydestä, joka tekee siitä puolijohteen. Suuremmat kaistanleveysarvot osoittavat, että materiaalit ovat lähempänä johtimia kuin eristeenä; tämä tekee piikarbidista eristeiden ja johtimien välissä olevan materiaalin kaistanleveysarvojensa suhteen.

Piikarbidi on viime aikoina noussut otsikoihin nousevana materiaalina elektronisissa laitteissa, kuten tehoelektroniikassa ja ääriolosuhteita kestävissä antureissa. Elkem Processing Services (EPS), joka sijaitsee Liegessä, Belgiassa, käsittelee piikarbidia huippumodernissa laitoksessaan; sen kokeneella tiimillä on laaja tietämys piikarbidin hankinnasta, sekoittamisesta ja pakkaamisesta asiakkaan eritelmien mukaisesti.

Kestävyys

Piikarbidi erottuu keramiikan joukosta ylivoimaisen kovuutensa ja lujuutensa ansiosta, minkä vuoksi se soveltuu muun muassa hiomatyökaluihin, hiomalaikoihin, leikkuutyökaluihin ja puolijohdealustoihin. Piikarbidi toimii myös tehokkaana tulenkestävänä materiaalina teollisuusuunissa sekä kulumista kestävinä osina pumpuissa ja rakettimoottoreissa - unohtamatta sen ruosteenesto-ominaisuuksia, joiden ansiosta se soveltuu raskaisiin lieteympäristöihin tai äärimmäisiin pumppausolosuhteisiin, joissa korroosionkestävyys on avainasemassa.

Fysikaalisten ominaisuuksiensa ja alhaisen painonsa ansiosta piikarbidi (SiC) on erittäin monipuolinen materiaali. Valmistusmenetelmät vaihtelevat massiivisen SiC:n sähkökemiallisesta etsauksesta nanovaluun polykarbosilaanien avulla; lisäksi sillä on erinomainen murtumissitkeys (6,8 MPa m0,5) ja 490 GPa:n taivutuslujuus, jotka lisäävät pitkäikäisyyttä.

SiC on yksi kovimmista tieteen tuntemista materiaaleista, ja se on kestävyydeltään toiseksi kovinta vain timantin ja boorikarbidin jälkeen. Tämän kestävyyden ansiosta SiC on ihanteellinen materiaali ballistisessa suojauksessa; mustanharmaa SiC voi absorboida luodin energiaa vahingoittumatta, mikä lisää kantamaa ja polttoainetehokkuutta tätä panssarointia käyttävissä ajoneuvoissa.

Piikarbidi erottuu edukseen vaikuttavan sähkönjohtavuutensa ansiosta. Koska sen puolijohderakenne on laajakaistainen ja vaatii vähemmän energiaa elektronien siirtymiseen eristävästä tilasta johtavaan tilaan kuin klassiset piipuolijohderakenteet, piikarbidi mahdollistaa tehokkaamman sähkövirran siirron - mikä on vaikuttanut merkittävästi tehoelektroniikan kehitykseen, jossa piikarbidi on mullistanut sähköenergian hyödyntämisen ja muuntamisen.

Piikarbidi on ihanteellinen kandidaatti uusille tehomuuntotekniikoille, jotka parantavat sähköajoneuvojen, aurinkokennojen ja muiden virtaa kuluttavien laitteiden energiatehokkuutta. Lisäksi se soveltuu erityisen hyvin lämpöstabiilisuutensa ansiosta - sen erittäin alhainen Debye-lämpötila pitää kovuuden ja lujuuden ennallaan korkeissa lämpötiloissa - tämä ominaisuus pätee erityisesti CVD-luokan piikarbidiin, joka on tyypillisesti tarkoitettu korkeissa lämpötiloissa käytettäväksi.