Silīcija karbīda formula

Silīcija karbīds, ko biežāk dēvē par karborundu jeb SiC, ir ārkārtīgi ciets (9 balles pēc Mosa skalas) materiāls ar lieliskām termiskajām īpašībām, ko iegūst, elektriskajā krāsnī karsējot augstas kvalitātes silīcija smiltis ar smalki samaltu ogli.

Varš ir daudzpusīgi izmantojams rūpniecībā un ikdienā, piemēram, abrazīvajam smilšpapīram un slīpēšanas diskiem, griezējinstrumentiem, cietiem keramikas materiāliem un griezējinstrumentiem. Turklāt tas var izturēt ļoti augstas temperatūras, nekļūstot viegli uzliesmojošs, kas ir svarīga īpašība.

Fizikālās īpašības

Silīcija karbīda fizikālās īpašības ir cietība, stingrība un siltumvadītspēja. Tas var izturēt temperatūru līdz 1600 grādiem pēc Celsija, vienlaikus saglabājot apstrādes spēju pēc intensīva saķepināšanas un slīpēšanas procesa. Silīcija karbīds ir otrais ārkārtīgi cietais materiāls uz Zemes, un pēc tādiem dārgiem procesiem kā saķepināšana un slīpēšana to var precīzi apstrādāt ar precīzām pielaidēm.

Moisanīts dabā sastopams kā ārkārtīgi rets minerāls, un to masveidā ražo pulvera un kristālu veidā, lai izmantotu abrazīvos materiālos, keramikas plāksnēs bruņuvestēm, automobiļu bremzēs un sajūgos, pusvadītāju ierīcēs un dārgakmeņos.

SiC kristalizējas dažādās struktūrās ar atšķirīgu silīcija un oglekļa atomu sakārtojumu, no kurām visizplatītākā ir dimanta kubiskā fāze (b-SiC), kas ir ļoti stabila līdzīgu atomu radiusu dēļ un nodrošina lielisku siltumvadītspēju. SiC nešķīst ūdenī, bet šķīst izkausētos sārmos un dzelzī. Kā kristāliska viela tā krāsa ir no zaļas līdz zilgani melnai.

Ķīmiskās īpašības

Silīcija karbīds (SiC) ir ārkārtīgi izturīgs materiāls - ķīmiski inerts, termiski stabils un plaši izmantojams dažādās jomās, sākot no abrazīvu, siltuma vadības sistēmu un modernas elektronikas ražošanas līdz pat metālu sakausējumu stiprības palielināšanai. Kā vērtīga metalurģiska piedeva tas samazina ugunsizturības zudumus, vienlaikus ievērojami uzlabojot metālu sakausējumu stiprību.

SiC var atrast dabā kā minerālu moisanītu meteorītos, bet biežāk to sintezē, izmantojot Ačsona procesu, kas kopš 19. gadsimta beigām ir nosaukts tā izgudrotāja Edvarda Goodriča Ačsona vārdā. Tas ietver tīra silīcija dioksīda (silīcija dioksīda) un smalki samalta oglekļa maisījuma karsēšanu elektriskā krāsnī līdz temperatūrai 1700-2500 grādos pēc Celsija.

SiC eksistē kā vairāki polimorfi, kas atšķiras atkarībā no tā, kā tiek sakrauti silīcija un oglekļa atomi, un komerciālos apstākļos visbiežāk sastopams alfa silīcija karbīds (a-SiC), kam raksturīga sešstūraina kristāliskā struktūra, līdzīga virtcītam. Beta modifikācijas ar uz seju centrētu kubisku kristālisko struktūru, piemēram, cinka blende vai sfellerīts, līdz nesenam laikam tika reti izmantotas, bet to lielākas virsmas laukuma dēļ tās aizvien biežāk izmanto kā heterogēno katalizatoru nesējus.

Siltuma īpašības

Silīcija karbīds var lepoties ar izcilu īpatnējo siltuma vērtību un siltumvadītspēju, kas ir trīs reizes augstāka nekā vara, ar mazāku termisko izplešanos nekā metāliem vai keramikas materiāliem, padarot to par lielisku materiālu izvēli lietojumiem, kas saistīti ar ekstrēmām temperatūrām vai vibrācijām.

Savienojums, ko iegūst, silīcija smiltis (SiO2) un koksu karsējot elektriskajā krāsnī ļoti augstā temperatūrā, veidojot dzeltenzaļus līdz zilganzaļus līdz zilgani melnus pārsteidzošus kristālus ar dzelteniem līdz zaļiem līdz zaļiem toņiem un kopējo dzeltenzaļu-zilganzaļu-melnīgi melnu nokrāsu atkarībā no temperatūras iestatījumiem. Rūpnieciskie produkti var saturēt dzelzs piemaisījumus, kas Fe2O3 klātbūtnes dēļ izraisa brūnu vai melnu krāsojumu.

Tīrs silīcija karbīds darbojas kā elektriskais izolators, bet tā plašās joslas spraugas pusvadītāju īpašības padara to piemērotu energoelektronikas lietojumiem. Lai panāktu metālisko vadītspēju, var pievienot slāpekli vai fosforu, savukārt beriliju, boru, alumīniju vai galliju var pievienot, lai palielinātu darba spriegumu - ideāli piemērots tādiem lietojumiem kā elektrisko transportlīdzekļu invertori.

Mehāniskās īpašības

Silīcija karbīds spēj izturēt ļoti augstas temperatūras, padarot to par lielisku materiālu ugunsizturīgo oderējumu un keramikas materiālu izgatavošanai. Turklāt no silīcija karbīda var izgatavot arī abrazīvus materiālus, piemēram, smilšpapīru, griezējinstrumentus un slīpripas, ko izmanto augsta spiediena/augstas temperatūras lietojumos, piemēram, automobiļu detaļās un raķešu sprauslās.

Izkausētas sāls cietības rādītājs pēc Mosa skalas ir 9, tāpēc tā ir izturīgs materiāls. Turklāt tā ķīmiskā inertums nozīmē, ka to nemaina skābes, sārmi vai citi šķīdumi, piemēram, skābes. Turklāt temperatūras līdz 2700 grādiem pēc C nekādi neapdraud un nemaina tā īpašības.

Silīcija karbīda pulveri var kombinēt ar neoksidētu saistvielu, veidojot pastu, ko pēc tam var sablīvēt un veidot, izmantojot auksto izostatisko presēšanu vai ekstrūziju. Bieži tiek izvēlēts māls, jo tas novērš SiO2 iztvaikošanu kakliņu apgabalos starp daļiņām, vienlaikus veicinot blīvēšanu, tādējādi padarot šo metodi gan ekonomisku, gan efektīvu blīvu silīcija karbīda izstrādājumu ražošanā.