Kam naudojamas silicio karbidas?

Silicio karbidas (SiC) yra itin kieta ir patvari keraminė medžiaga, naudojama daugelyje pramonės sričių. Ji atspari korozijai, rūgštims ir aukštai temperatūrai, todėl tinka įvairioms pramonės sritims.

SiC naudojamas kaip ugniai atspari medžiaga krosnių lentynose ir krosnių išklotinėse, taip pat kaip abrazyvas, vadinamas karborundu. Nors SiC galima apdirbti tiek žalios, tiek sausainių būsenos, siekiant laikytis griežtų leistinų nuokrypių, pirmiausia jis turi būti visiškai sukepintas.

Abrazyvinis

Silicio karbidas (SiC) yra standartinė pramonės abrazyvinė medžiaga, naudojama šlifavimo diskams ir pjovimo įrankiams, taip pat metalo, akmens ir medžio paviršių šlifavimo popieriui gaminti. Būdamos pakankamai kietos ir aštrios, SiC abrazyvai yra idealūs šlifavimo sprendimai dirbant su medžiagomis, kurias sunku pjauti kitų rūšių abrazyvais.

Aliuminio lydinys plačiai naudojamas pramoninei valymo ir šlavimo įrangai, pavyzdžiui, purkštukams ir vamzdžiams, gaminti. Jis pasižymi puikiu atsparumu korozijai, rūgštims ir šarmams, taip pat ilgaamžiškumu net esant aukštai temperatūrai - dėl šių dviejų savybių šis metalas yra ypač svarbus įrenginių inžinerijoje, pavyzdžiui, siurbliams ir mechaniniams sandarikliams.

Silicio karbido keramika yra idealus pasirinkimas, kai reikia ekstremalių temperatūrų ir atsparumo cheminėms medžiagoms, pavyzdžiui, elektros izoliacijai. Dėl žemos lydymosi temperatūros jie yra atsparūs pažeidimams aukštoje temperatūroje.

Silicio karbidas yra ideali medžiaga elektronikos prietaisams dėl savo ypatingo atsparumo šiluminiams smūgiams ir gebėjimo veikti esant aukštesnei įtampai, todėl dizaineriai gali kurti mažesnius prietaisus, kurie yra ir efektyviai vartojantys energiją, ir patikimi, o tai paaiškina, kodėl jis vis labiau populiarėja automobilių sektoriuje didinant maitinimo modulių amperinę galią.

Keramika

Silicio karbidas natūraliai randamas moisanito kristaluose, taip pat nuo XIX a. pabaigos gaminamas dirbtiniu būdu ir naudojamas kaip abrazyvas. Silicio karbidas, kaip itin kieta medžiaga, prilygstanti deimantui ir boro karbidui, išsiskiria puikiu cheminiu stabilumu, atsparumu korozijai ir atsparumu oksidacijai aukštoje temperatūroje - dėl šių savybių jis yra ideali medžiaga pramoninėms reikmėms, kurias reikia ilgai naudoti atšiaurioje aplinkoje.

Iš šios medžiagos pagaminta keramika pasižymi daugybe naudingų fizikinių ir cheminių savybių, pavyzdžiui, mažu šiluminio plėtimosi koeficientu ir dideliu stiprumu. Dėl to jos tinka naftos chemijos ir procesų inžinerijos pramonei; iš jų pagaminti keraminiai vožtuvai ir lydymo įrangos dalys gali atlaikyti iki 1600 laipsnių C temperatūrą be įtrūkimų ar deformacijų.

Dėl ypatingo mechaninio atsparumo ir ilgaamžiškumo iš keramikos dažnai gaminami rutuliniai guoliai, vožtuvai, puslaidininkinės medžiagos ir giroskopai. Dėl šių savybių ji taip pat integruojama į automobilių komponentus, skirtus naudoti su elektrinių transporto priemonių galios elektronika, kuri turi atlaikyti aukštesnę nei 65 laipsnių temperatūrą. Be to, jis labai svarbus spalvotųjų metalų lydymo pramonės įrangoje, pavyzdžiui, vertikaliose distiliavimo krosnių talpyklose, rektifikacijos krosnyse, aliuminio elektrolitiniuose elementuose ir vario lydymo krosnių išklotinėse; be to, iš jo gaminama aukštos kokybės silicio karbido keramika, pasižyminti puikiomis savybėmis, įskaitant atsparumą cheminei korozijai, kaip raketų antgaliai ir variklių komponentai, naudojami aviacijos ir kosmoso pramonėje.

Elektronika

Silicio karbidas yra intriguojanti puslaidininkinė medžiaga, pasižyminti unikaliomis elektrinėmis ir šiluminėmis savybėmis. Dėl to jis gali pakaitomis veikti kaip laidininkas (kaip variniai laidai) ir izoliatorius (kaip šiuos laidus dengianti polimerinė izoliacija), todėl ypač tinka aukštos įtampos galios elektronikos taikymams, pavyzdžiui, elektrinių transporto priemonių traukos keitikliams arba saulės energijos sistemų DC/DC keitikliams.

SiC galima paversti galios puslaidininkiu, dopinguojant jį azotu ar fosforu, jei tai n tipo prietaisai, arba beriliu, boru ar aliuminiu, jei tai p tipo prietaisai. Tai leidžia sukurti prietaisus su didesne pramušimo įtampa, didesniu perjungimo greičiu ir mažesne įjungimo varža, palyginti su tradiciniais galios puslaidininkiais, tokiais kaip IGBT ir bipoliniai tranzistoriai.

Dėl šių privalumų daugelis elektronikos gamintojų savo gaminiuose naudoja silicio karbidą. Tikėtina, kad ši tendencija stiprės, nes visuomenė pereina prie elektrinių transporto priemonių gamybos ir atsinaujinančios energijos saugojimo sprendimų.

Unikalios silicio karbido savybės leido sukurti novatoriškus sprendimus, kurie iš esmės keičia galios elektronikos pramonę. Tokios bendrovės kaip "Silicon Labs" siūlo izoliacijos sprendimus, pritaikytus specialiai elektrinių transporto priemonių taikymams, todėl gamintojams lengviau kurti gaminius, kuriuose naudojamas SiC. Tai gali padidinti elektromobilių efektyvumą ir kartu sumažinti energijos nuostolius perduodant ją iš akumuliatoriaus į variklį, o tai lems tvaresnę mūsų planetos ir jos žmonių ateitį.

Metalas

Silicio karbidas pasižymi ypatingu kietumu ir atsparumu cheminėms medžiagoms. Jis gali atlaikyti iki 1300o F temperatūrą, esant karštiems rūgštiniams tirpalams ir šarmams, todėl tinka naudoti kondensuojant koroziją sukeliančius garus iš nešančiųjų dujų arba atskiriant ar kondensuojant garus iš nešančiųjų dujų. Be to, silicio karbidas yra labai atsparus visiems išlydytiems metalams ir daugumai fluoro vandenilio rūgščių.

Silicio karbidas, neorganinė keraminė medžiaga, yra labai kieta ir patvari, atlaikanti ekstremalias temperatūras iki 1600 laipsnių C ir didelius mechaninius smūgius, nesusidėvėdama ir nenusidėvėdama arba neatsikratydama dilimo. Kaip abrazyvas apdirbimo procesuose, tokiuose kaip smėliavimas, šlifavimas, pjovimas vandens srove ir t. t., dažnai naudojamas silicio karbidas. Be to, silicio karbido priedai gali padidinti cemento stiprumą.

Silicio karbido unikali kristalinė struktūra turi daugybę panaudojimo būdų, pradedant jo naudojimu ugniai atspariose medžiagose ir keramikoje, skirtoje atlaikyti aukštą temperatūrą, ir baigiant izoliacija nuo radiacijos branduoliniuose reaktoriuose ir plieno gamyboje dėl puikios atsparumo karščiui ir mažo šiluminio plėtimosi savybių. Be to, silicio karbidas dažnai sudaro pramoninių dujų turbinų, taip pat aukštos įtampos galios elektronikos, pavyzdžiui, traukos inverterių, įdėklų dalis.

Edvardas Ačesonas pirmą kartą susintetino dirbtinį karborundą 1891 m. dirbdamas prie sintetinių deimantų sintezės proceso, kai elektra įkaitintame silicio dioksido ir anglies lydale rado mažų juodų kristalų, kuriuos pavadino karborundu (iš lotynų kalbos: "carbido de carburo"). Vėliau natūraliai rastas kaip moisanito mineralų dariniai Kanjono Diablo meteorų krateryje Arizonoje.