Silicio karbido formulė

Silicio karbidas, dažniau vadinamas karborundu arba SiC, yra itin kieta (9 balai pagal Moso skalę) ir puikiomis šiluminėmis savybėmis pasižyminti medžiaga, gaunama kaitinant aukštos kokybės kvarcinį smėlį su smulkiai sumalta anglimi elektrinėje krosnyje.

Varį galima naudoti pramonėje ir kasdieniame gyvenime, pavyzdžiui, abrazyviniam švitriniam popieriui ir šlifavimo diskams, pjovimo įrankiams, kietoms keraminėms medžiagoms ir pjovimo įrankiams gaminti. Be to, jis gali atlaikyti labai aukštą temperatūrą ir netapti degus - tai svarbi savybė.

Fizikinės savybės

Silicio karbido fizikinės savybės - kietumas, standumas ir šiluminis laidumas. Jis gali atlaikyti iki 1600 laipsnių C temperatūrą, o po intensyvaus sukepinimo ir šlifavimo proceso išlieka apdirbamas. Silicio karbidas užima antrąją vietą kaip itin kieta medžiaga Žemėje ir gali būti tiksliai apdirbamas su tiksliaisiais nuokrypiais po tokių brangių procesų kaip sukepinimas ir šlifavimas.

Moisanitas natūraliai aptinkamas kaip itin retas mineralas ir masiškai gaminamas miltelių ir kristalų pavidalu, naudojamas abrazyvinių medžiagų, neperšaunamų liemenių keraminių plokštelių, automobilių stabdžių ir sankabų, puslaidininkių prietaisų ir brangakmenių gamyboje.

SiC kristalizuojasi įvairios struktūros su skirtingu silicio ir anglies atomų išsidėstymu; labiausiai paplitusi yra deimantinė kubinė fazė (b-SiC), kuri yra labai stabili dėl panašių atomų spindulių ir pasižymi puikiu šilumos laidumu. SiC netirpsta vandenyje, bet tirpsta išlydytuose šarmuose ir geležyje. Kaip kristalinė medžiaga jis yra nuo žalios iki melsvai juodos spalvos.

Cheminės savybės

Silicio karbidas (SiC) yra itin patvari medžiaga - chemiškai inertiška, termiškai stabili ir plačiai naudojama įvairiose srityse, pradedant abrazyvų, šilumos valdymo sistemų ir pažangios elektronikos gamyba ir baigiant metalų lydinių stiprumo didinimu. Kaip vertingas metalurginis priedas jis sumažina ugniai atsparios medžiagos nuostolius ir kartu gerokai padidina metalų lydinių stiprumą.

SiC natūraliai randamas meteorituose kaip mineralas moisanitas, tačiau dažniau sintetinamas naudojant Achesono procesą, pavadintą jo išradėjo Edwardo Goodricho Achesono vardu, nuo XIX a. pabaigos. Šis procesas apima gryno silicio dioksido (silicio dioksido) ir smulkiai susmulkintos anglies mišinio, turinčio naftos kokso pavidalą, kaitinimą elektrinėje krosnyje iki 1700-2500 laipsnių C temperatūros.

SiC egzistuoja kaip daug polimorfų, kurie skiriasi priklausomai nuo silicio ir anglies atomų išsidėstymo, o komercinėje aplinkoje dažniausiai sutinkamas alfa silicio karbidas (a-SiC), pasižymintis šešiakampio kristaline struktūra, panašia į Wurtzite. Beta modifikacijos, kurių kristalinė struktūra yra kubinė, orientuota į veidą, pavyzdžiui, cinko blendė arba sfaleritas, iki šiol buvo mažai naudojamos, tačiau dėl didesnio paviršiaus ploto vis dažniau naudojamos kaip heterogeninių katalizatorių atramos.

Šiluminės savybės

Silicio karbidas pasižymi išskirtine savitąja šilumine verte ir tris kartus didesniu šiluminiu laidumu nei varis bei mažesniu šiluminiu plėtimusi nei metalai ar keraminės medžiagos, todėl tai puiki medžiaga, tinkama naudoti esant ekstremalioms temperatūroms ar vibracijoms.

Junginys, gaunamas kaitinant kvarcinį smėlį (SiO2) ir koksą elektrinėje krosnyje iki labai aukštos temperatūros, todėl susidaro nuo geltonos iki žalios ir melsvai juodos spalvos vaivorykštiniai kristalai, kurių atspalviai nuo geltonos iki žalios ir nuo žalios iki žalios spalvos, o bendras atspalvis - nuo geltonai žalios iki melsvai juodos, priklausomai nuo temperatūros. Pramoniniuose gaminiuose gali būti geležies priemaišų, dėl Fe2O3 turinčių geležies priemaišų sukeliančių rudą arba juodą spalvą.

Grynas silicio karbidas yra elektrinis izoliatorius, tačiau dėl savo plačios juostinės pertvaros puslaidininkinių savybių jis tinka naudoti galios elektronikoje. Norint pasiekti metalinį laidumą, karbidą galima papildyti azotu arba fosforu, o norint padidinti darbinę įtampą, galima pridėti berilio, boro, aliuminio arba galio - tai idealiai tinka, pavyzdžiui, elektromobilių keitikliams.

Mechaninės savybės

Silicio karbidas gali atlaikyti itin aukštą temperatūrą, todėl jis yra puiki medžiaga ugniai atspariems įdėklams ir keraminėms medžiagoms gaminti. Be to, iš silicio karbido galima gaminti abrazyvines medžiagas, pavyzdžiui, švitrinį popierių, pjovimo įrankius ir šlifavimo diskus, naudojamus aukšto slėgio ir aukštos temperatūros srityse, pavyzdžiui, automobilių detalėse ir raketų tūtose.

Išlydytos druskos kietumas pagal Moso skalę įvertintas 9 balais, todėl ji yra tvirta medžiaga. Be to, jos cheminis inertiškumas reiškia, kad jos nekeičia rūgštys, šarmai ar kiti tirpalai, pvz., rūgštys. Be to, iki 2700 laipsnių C temperatūra niekaip nepablogina ir nepakeičia jos savybių.

Silicio karbido miltelius galima sujungti su neoksidine rišamąja medžiaga, kad susidarytų pasta, kurią vėliau galima sutankinti ir formuoti naudojant šaltą izostatinį presavimą arba ekstruziją. Dažnai pasirenkamas molis, nes jis neleidžia SiO2 garuoti kaklelio srityse tarp dalelių ir kartu skatina tankinimą, todėl šis metodas yra ekonomiškas ir veiksmingas gaminant tankius silicio karbido gaminius.