Silicijev karbid - ognjevzdržni material, odporen na visoke temperature

Silicijev karbid je izjemno trda in trajna neoksidna keramika, ki jo odlikuje plastna kristalna struktura s štirimi ogljikovimi in dvema silicijevima atomoma v primarnih koordinacijskih tetraedrih. Obstaja vsaj 70 različnih oblik ali politipov silicijevega karbida.

Sodobna uporaba grafita vključuje abrazivne aplikacije, ognjevzdržne materiale za talilne peči in proizvodne linije za proizvodnjo float stekla ter različne inženirske komponente. Ponaša se z odlično fizikalno odpornostjo proti obrabi, kemično odpornostjo in nizkimi stopnjami toplotnega raztezanja.

Odpornost na visoke temperature

Silicijev karbid je zaradi svoje izjemne temperaturne odpornosti primeren za številne industrijske aplikacije, ki zahtevajo visoke delovne temperature, kot so grelni elementi za električne peči ali proizvodnjo keramike ali barvnih kovin.

Zaradi izjemne odpornosti na napetost je ta spojina primerna za uporabo med električnimi vodi in zemljo, saj pomaga preprečiti, da bi strela uničila električno omrežje.

Moissanit se v naravi pojavlja kot redek dragulj moissanit, vendar so ga začeli množično proizvajati leta 1893 za uporabo kot abraziv in električno komponento. Material je običajno videti kot zeleni do modrikasto črni kristali z iridescenco.

Stabilnost pri visokih temperaturah

Silicijev karbid je izredno trd in trpežen sintetični mineral z odlično toplotno prevodnostjo in odpornostjo proti koroziji, zaradi česar je primeren ognjevzdržni material.

Silicijev karbid se pojavlja kot rumeni, zeleni do modrikasto črni mavrični kristali z izrazito luminiscenco. Njegova struktura je hkrati toga in prožna.

SiC se obdeluje v zapletene oblike v zelenem stanju ali v obliki biskvita, preden se sintra, da se popolnoma zgosti. Po sintranju postanejo njegove tolerance majhne; to je mogoče doseči z zelo natančnimi diamantnimi orodji ali kolesi.

Odpornost na korozijo pri visokih temperaturah

Silicijev karbid je inerten material z odlično odpornostjo proti koroziji pri visokih temperaturah zaradi visokega tališča, nizkega toplotnega raztezka in togosti.

Čisti silicijev karbid se lahko proizvaja po Lelyjevem postopku, pri katerem sublimiran material iz granitnega lončka sublimira pri visokih temperaturah, preden se pri nižjih temperaturah odloži na grafit, da se pri nižjih temperaturah odloži na grafit. Industrijski SiC pogosto vsebuje nečistoče, kot so aluminij, železo in ogljik.

Korozija silicijevega karbida se lahko pojavi v redukcijskem ali oksidacijskem okolju, kar je odvisno od številnih dejavnikov, kot so kemične vrste, ki ga napadajo, prisotne nečistoče in pripomočki za sintranje, ki se uporabljajo med sintranjem.

Električna prevodnost pri visokih temperaturah

Silicijev karbid se ponaša z odlično električno prevodnostjo, zato je odličen material za uporabo pri visokih temperaturah in napetostih. Poleg tega je zaradi svoje široke energijske pasovne vrzeli še posebej primeren za elektronske naprave.

SiC v čistem stanju deluje kot električni izolator, vendar lahko z dodajanjem dopantov izrazi polprevodnost in poveča svojo sposobnost prenašanja visokih temperaturnih in napetostnih obremenitev.

ACM ponuja črn in zelen silicijev karbid v prahu različnih zrnavosti za uporabo v vezanih in posebnih ognjevzdržnih materialih, kompozitih s kovinsko matrico in pohištvu za peči.

Visokotemperaturna električna izolacija

Silicijev karbid je inerten material, ki ne gori in ne reagira na večino kemikalij. Njegovi kristali, proizvedeni s taljenjem silicijevega dioksida in ogljika v električni obločni peči, so od rumeno-zelene do modrikasto-črne barve in se lesketajo v barvah, ki so značilne samo zanj.

Proizvodnja v velikem obsegu se osredotoča predvsem na keramične abrazive in uporabo kot abraziv. Moissanit se v naravi pojavlja kot redek mineral moissanit. Moissanit ima pri sobni temperaturi odlične elektroizolacijske lastnosti z nizkimi stopnjami toplotnega raztezanja in odpornostjo proti kemičnim reakcijam; poleg tega ima pri nizkih temperaturah odlične elektroizolacijske lastnosti in odpornost proti kemičnim reakcijam ter lahko deluje celo kot polprevodnik s koncentracijo nosilcev 5 × 1017 cm-3 v sintranem stanju.

Odpornost na obrabo pri visokih temperaturah

Silicijev karbid je zelo odporen proti obrabi zaradi abrazije in udarcev, zato je idealen abrazivni material. Silicijev karbid se kot abraziv uporablja v izdelkih, kot so brusni papir, brusilni kolut in rezalna orodja, trda keramika in ognjevzdržne opeke, zavorne obloge, obloge peči in grelni elementi.

Zaradi visoke čistosti in odpornosti na kemične napade pri temperaturi je PTFE odličen material za nosilce ploščic in lopatice v pečeh za polprevodnike ter ključne komponente termistorjev in varistorjev. Poleg tega je zaradi svoje trdnosti, stabilnosti in nizke gostote por odlična izbira tudi za plinske tesnilne obroče in mehanska tesnila.

Toplotna stabilnost pri visokih temperaturah

Ognjevzdržni elementi iz silicijevega karbida so odporni na visoke temperature in toplotne udarce ter na korozijsko zaščito pred fluorovodikovo, žveplovo in drugimi kislinami.

SiC odlikuje nizka stopnja toplotnega raztezanja in prenese pritiske do 6,5 GPa, zaradi česar je privlačen material za zrcala astronomskih teleskopov.

Silicijev karbid obstaja v vsaj 70 kristalnih oblikah. Najpogosteje se pojavlja alfa silicijev karbid s heksagonalno kristalno strukturo, podobno wurtzitu; drugi priljubljeni polimorfni obliki sta beta in čelno centrirana kubična (FCC).

Toplotni raztezek pri visokih temperaturah

Silicijev karbid je material, odporen na visoke temperature, ki se pogosto uporablja kot keramična plošča v neprebojnih jopičih ali kot abraziv. Čeprav se v naravi nahaja kot dragocen kamen moissanit, je proizvodnja silicijevega karbida za množične elektronske aplikacije znatno presegla stopnje proizvodnje tega redkega dragulja.

Zaradi nizkih stopenj toplotnega raztezanja so karbidni ognjevzdržni materiali boljši od drugih ognjevzdržnih materialov in lahko delujejo pri bistveno višjih temperaturah. Poleg tega je njihova relativno nizka odvisnost koeficienta toplotnega raztezanja od tlaka še posebej ugodna pri scenarijih globoke konvekcije plašča na karbidnih planetih.

Mehanska stabilnost pri visokih temperaturah

Silicijev karbid je zaradi svoje odlične mehanske stabilnosti privlačen material za dele, ki morajo ostati stabilni pri visokih temperaturah, vključno s tistimi, ki so izpostavljeni različnim organskim in anorganskim kislinam ter solem, lužinam in celo staljenemu železu. Poleg tega silicijev karbid nudi znatno korozijsko zaščito pred številnimi organskimi kislinami ter solmi, alkalijami in drugimi kislinami, ki jih najdemo tudi v raztopinah soli in solnih raztopinah.

Zaradi izjemno visokega tališča in natezne trdnosti lahko safir ohrani svojo obliko pri temperaturah nad 1000 stopinj Celzija, zato je odličen material za zrcala teleskopov v astronomiji. Poleg tega je safir zaradi svoje odpornosti na oksidacijo in kemične stabilnosti primeren za sestavne dele plinskih turbin ali druge zahtevne uporabe.

Visokotemperaturna trdnost

Silicijev karbid je inertni, trdi, sintetični material z odlično toplotno prevodnostjo in trdnostjo pri povišanih temperaturah ter odlično odpornostjo proti koroziji z večino organskih kislin, anorganskih soli, alkalij in tekočih kovin.

Zeleni silicijev karbid se uporablja v vezanih in posebnih ognjevzdržnih materialih, kompozitih s kovinsko matrico, pohištvu za peči in kot abraziv. Na voljo so zrnavosti od 8-1500.

Industrijska proizvodnja SiC-a poteka po modificiranem Lelyjevem postopku, pri katerem se SiC v prahu ali grudah nahaja v valjastem grafitnem lončku in se segreva na visoke temperature v električnem grelniku.