Do czego służy węglik krzemu?

Węglik krzemu (SiC) to niezwykle twardy i wytrzymały materiał ceramiczny o wielu zastosowaniach przemysłowych. Zapewnia odporność na korozję, kwasy i wysokie temperatury, dzięki czemu nadaje się do wielu różnych zastosowań przemysłowych.

SiC jest stosowany w półkach pieców i wykładzinach pieców jako materiał ogniotrwały, a także jako materiał ścierny znany jako karborund. Chociaż SiC może być obrabiany zarówno w stanie zielonym, jak i biskwitowym, w celu spełnienia wąskich tolerancji musi być najpierw w pełni spiekany.

Materiał ścierny

Węglik krzemu (SiC) jest standardowym materiałem ściernym stosowanym w ściernicach i narzędziach tnących, a także w papierze ściernym do powierzchni metalowych, kamiennych i drewnianych. Będąc wystarczająco twardym i ostrym, materiały ścierne SiC zapewniają idealne rozwiązania do szlifowania podczas pracy z materiałami, które są trudne do cięcia innymi rodzajami materiałów ściernych.

Stop aluminium jest szeroko stosowany w produkcji przemysłowego sprzętu do czyszczenia i śrutowania, takiego jak dysze i rury. Charakteryzuje się doskonałą odpornością na korozję kwasów i zasad, a także trwałą wydajnością nawet w środowiskach o wysokiej temperaturze - dwie cechy, które sprawiają, że metal ten jest szczególnie ważny w zastosowaniach inżynieryjnych, takich jak pompy i uszczelnienia mechaniczne.

Ceramika z węglika krzemu jest idealnym wyborem do zastosowań wymagających ekstremalnych temperatur i odporności chemicznej, takich jak izolacja elektryczna. Ich niska temperatura topnienia sprawia, że są odporne na uszkodzenia w wysokich temperaturach.

Węglik krzemu jest idealnym materiałem dla urządzeń elektronicznych ze względu na jego niezwykłą odporność na szok termiczny i zdolność do pracy przy wyższych napięciach, umożliwiając projektantom konstruowanie mniejszych urządzeń, które są zarówno energooszczędne, jak i niezawodne - co wyjaśnia jego rosnącą popularność w sektorze motoryzacyjnym w celu zwiększenia wydajności modułów mocy.

Ceramika

Węglik krzemu występuje naturalnie w kryształach moissanitu, a także jest produkowany sztucznie od końca XIX wieku do użytku jako materiał ścierny. Jako niezwykle twardy materiał, który konkuruje z diamentem i węglikiem boru, węglik krzemu wyróżnia się doskonałą stabilnością chemiczną, odpornością na korozję i odpornością na utlenianie w wysokich temperaturach - cechy te sprawiają, że jest to idealny materiał do zastosowań przemysłowych, które wymagają długotrwałego użytkowania w trudnych warunkach.

Ceramika wykonana z tego materiału charakteryzuje się szeregiem korzystnych właściwości fizykochemicznych, takich jak niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i wysoka wytrzymałość. Sprawia to, że są one odpowiednie dla przemysłu petrochemicznego i inżynierii procesowej; wykonane z nich ceramiczne zawory i części do urządzeń do wytapiania mogą wytrzymać temperatury do 1600 stopni Celsjusza bez pęknięć lub wypaczeń.

Ze względu na doskonałą wytrzymałość mechaniczną i trwałość, ceramiczne łożyska kulkowe, zawory, materiały półprzewodnikowe i żyroskopy są często produkowane z tego materiału. Ze względu na te cechy, jest on również integrowany z komponentami motoryzacyjnymi do użytku z elektroniką elektryczną pojazdów - co wymaga od nich odporności na temperatury przekraczające 65 stopni. Ponadto odgrywa kluczową rolę w urządzeniach przemysłu wytopu metali nieżelaznych, takich jak pionowe tace pieców destylacyjnych, piece rektyfikacyjne, aluminiowe ogniwa elektrolityczne i wykładziny pieców do topienia miedzi; dodatkowo jest wykorzystywany do produkcji wysokiej jakości ceramiki z węglika krzemu o doskonałych właściwościach, w tym odporności na korozję chemiczną, jako dysze rakietowe i elementy silników do użytku w przemyśle lotniczym i kosmicznym.

Elektronika

Węglik krzemu jest intrygującym materiałem półprzewodnikowym o unikalnych właściwościach elektrycznych i termicznych. Pozwala mu to na przemian funkcjonować jako przewodnik (jak przewody miedziane) i izolator (jak izolacja polimerowa pokrywająca te przewody) podczas swojego istnienia, co czyni go szczególnie odpowiednim do zastosowań elektroniki mocy wysokiego napięcia, takich jak falowniki trakcyjne do pojazdów elektrycznych lub konwertery DC / DC w systemach energii słonecznej.

SiC można przekształcić w półprzewodniki mocy poprzez domieszkowanie go azotem lub fosforem w przypadku urządzeń typu n lub berylem, borem lub aluminium w przypadku urządzeń typu p. Pozwala to na uzyskanie urządzeń o wyższym napięciu przebicia, szybszych prędkościach przełączania i zmniejszonej rezystancji włączenia w porównaniu z bardziej tradycyjnymi półprzewodnikami mocy, takimi jak IGBT i tranzystory bipolarne.

Ze względu na te zalety, wielu producentów elektroniki wykorzystuje węglik krzemu w swoich produktach. Trend ten prawdopodobnie nasili się wraz z przejściem społeczeństwa na produkcję pojazdów elektrycznych i rozwiązań w zakresie magazynowania energii odnawialnej.

Unikalne właściwości węglika krzemu dały początek przełomowym rozwiązaniom, które rewolucjonizują branżę energoelektroniki. Firmy takie jak Silicon Labs oferują rozwiązania izolacyjne dostosowane specjalnie do zastosowań w pojazdach elektrycznych, ułatwiając producentom tworzenie produktów wykorzystujących SiC. Może to zwiększyć wydajność pojazdów elektrycznych, jednocześnie zmniejszając straty energii podczas transmisji z akumulatora do silnika, prowadząc do bardziej zrównoważonej przyszłości dla naszej planety i jej mieszkańców.

Metal

Węglik krzemu wyróżnia się wyjątkową twardością, a także doskonałą odpornością chemiczną. Może wytrzymać temperatury do 1300o F w obecności gorących roztworów kwasów i zasad, dzięki czemu nadaje się do zastosowań obejmujących kondensację żrących oparów z gazów nośnych lub oddzielanie lub kondensację oparów z gazów nośnych. Co więcej, węglik krzemu wykazuje doskonałą odporność na wszystkie stopione metale, a także większość kwasów fluorowodorowych.

Węglik krzemu, nieorganiczny materiał ceramiczny, jest niezwykle twardy i trwały, zdolny do wytrzymywania ekstremalnych temperatur do 1600 stopni Celsjusza i wysokich wstrząsów mechanicznych bez narażania się na zużycie lub ścieranie. Jako materiał ścierny w procesach obróbki, takich jak piaskowanie, szlifowanie, cięcie strumieniem wody itp. często wykorzystuje się węglik krzemu. Ponadto dodatki węglika krzemu mogą zwiększać wytrzymałość cementu.

Unikalna struktura krystaliczna węglika krzemu ma wiele zastosowań, od jego wykorzystania w materiałach ogniotrwałych i ceramice do wytrzymywania wysokich temperatur, po zapewnianie izolacji przed promieniowaniem w reaktorach jądrowych i produkcji stali, ze względu na doskonałą tolerancję na ciepło i niską rozszerzalność cieplną. Co więcej, okładziny z węglika krzemu do przemysłowych turbin gazowych, a także elektroniki wysokiego napięcia, takiej jak falowniki trakcyjne, często stanowią część ich składu.

Edward Acheson po raz pierwszy zsyntetyzował sztuczny karborund w 1891 roku podczas pracy nad procesem syntezy syntetycznych diamentów, kiedy to znalazł małe czarne kryształy w elektrycznie podgrzanym stopie krzemionki i węgla, który nazwał karborundem (z łaciny: "carbido de carburo"). Później znaleziony naturalnie jako formacje mineralne moissanitu w kraterze meteorytowym Canyon Diablo w Arizonie.