مساحيق كربيد السيليكون التي تحدث ثورة في قوة السيراميك

كربيد السيليكون (SiC) هو مادة سيراميك خاملة وصلبة ذات خصائص فيزيائية متميزة. تُستخدم في الحراريات والمواد الكاشطة نظرًا لصلابتها، وكذلك في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية حيث يكون الاستقرار الحراري ومقاومة التآكل أمرًا بالغ الأهمية.

لا يوجد سوى الماس وكربيد البورون الأكثر صلابة من SiC. عندما يكون عالي النقاء، يمكن أن يبدو كربيد السيليكون عديم اللون، وإلا فقد يتخذ لونًا أسود عند إنتاجه بطريقة ليلي.

الصلابة

كربيد السيليكون - الذي يشار إليه بشكل أكثر شيوعًا باسم الكاربوروندوم - هو مركب كيميائي شديد الصلابة يتكون من السيليكون والكربون ولا يوجد إلا في بعض الأحيان في الطبيعة على شكل مويسانيت؛ ومع ذلك، منذ أواخر القرن التاسع عشر تم إنتاجه بكميات كبيرة في شكل مسحوق وبلورات.

غالبًا ما يُستخدم كربيد السيليكون الأسود (SiC) في المواد الكاشطة نظرًا لخصائصه الصلبة والمقاومة للتآكل. وعلاوة على ذلك، يمكن أيضاً استخدام كربيد السيليكون الأسود كجزء من البطانات الحرارية والسخانات/عناصر التسخين/أدوات القطع/والركائز شبه الموصلة المستخدمة في المصابيح وأجهزة الطاقة.

يتم إنتاج كربيد السيليكون المرتبط بالنيتريد (NB SiC) من خلال عملية تسمى النتريد، حيث يتم تسخين حبيبات كربيد السيليكون الخام وخلطها مع مركبات تحتوي على النيتروجين لتشكيل مادة مركبة كثيفة وقوية ميكانيكياً. وعلاوة على ذلك، يتمتع هذا الشكل من كربيد السيليكون بمقاومة ممتازة للصدمات الحرارية مما يسمح له بتحمل التغيرات السريعة في درجات الحرارة دون أن يتشقق أو يتفكك بمرور الوقت.

القوة

كربيد السيليكون هو أحد أقوى المواد الخزفية غير الأكسيدية، ويتميز بصلابة استثنائية من نوع Knoop تتراوح صلابتها بين الماس ونتريد البورون المكعب لمقاومة التآكل والتمزق على المدى الطويل وقوة تحمل درجات الحرارة والضغوطات الشديدة.

يُستخدم مسحوق SiC الأسود على نطاق واسع في صناعات السيارات والفضاء لطحن وتلميع وصقل وصقل الأجزاء المعدنية والسيراميك إلى أبعاد دقيقة مع تشطيبات ناعمة. ونظرًا لقوته الأعلى من الماس، غالبًا ما يتم اختيار هذه المادة الكاشطة على منافستها.

يتم إنتاج كربيد السيليكون المرتبط بالتفاعل (RB SiC) عن طريق حقن السيليكون المنصهر في مادة الكربون المسامية التي يتم تشكيلها على شكل الجزء المطلوب، مما ينتج عنه سيراميك هيكلي عالي الأداء ومقاوم للمواد الكيميائية مع معامل تمدد حراري منخفض. يمكن العثور على RB SiC في المضخات وموانع التسرب الميكانيكية والمحامل ومكونات التآكل الأكبر حجماً.

الصلابة

كربيد السيليكون هو أحد المواد الثلاث الأكثر صلابة على الأرض، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الماس وكربيد البورون. ونظرًا لهذه الصلابة المذهلة، يمكن لكربيد السيليكون أن يتحمل الضغط الشديد والإجهاد الميكانيكي على حد سواء، مما يجعله مناسبًا لمكونات الطيران وتطبيقات السيارات وأدوات القطع.

يتميز السيراميك عالي الأداء بمقاومة عالية للتآكل والتآكل، ويمكنه تحمل التغيرات السريعة في درجات الحرارة دون تشقق أو تشوه. وعلاوة على ذلك، يمكن معالجته إلى سيراميك وظيفي ومواد حرارية متقدمة وحتى مواد كاشطة للاستخدام.

يُعد مسحوق كربيد السيليكون الأسود (SiCp) أداة أساسية في شحذ وصقل وتلميع المعادن والسيراميك والزجاج للحصول على أبعاد دقيقة وأسطح ملساء. وبالإضافة إلى استخدامه كمادة كاشطة، يمكن استخدام كربيد السيليكون الأسود أيضًا كمادة مضادة للأكسدة في صناعة الصلب والمسابك وكذلك مادة مقاومة لدرجات الحرارة العالية في المسابك. وتشمل الأصناف الأخرى من كربيد السيليكون كربيد السيليكون المرتبط بالنتريد (NB SiC) ونتريد كربيد السيليكون المتكلس المرتبط بالتفاعل (SRBSN)؛ وتنتج هذه العمليات كربيد السيليكون المرتبط بالتفاعل من خلال تسخين فرن المقاومة.

مقاومة الحرارة

يُعد كربيد السيليكون خيارًا مثاليًا للمواد للتطبيقات التي تتطلب قدرة تحمل وصلابة شديدة، مثل مكابح السيارات أو ألواح السيراميك الموجودة في السترات الواقية من الرصاص. وعلاوة على ذلك، تتمتع هذه المادة بخصائص مقاومة كيميائية ممتازة ويمكنها حتى تحمل درجات الحرارة العالية دون أن تنصهر.

يعد المويسانيت أحد أكثر المواد الاصطناعية صلابة، حيث تبلغ درجة صلابته 9 في موس، وهو ما يضاهي الماس. وفي حين أنه موجود بالفعل بشكل طبيعي كمعدن المويسانيت النادر، إلا أن عمليات الإنتاج الضخم تستخدم مساحيق السيليكون والكربون من خلال عمليات التلبيد لإنتاج هذه المادة الاصطناعية الصلبة بكميات كبيرة.

وتزداد قوة كربيد السيليكون من خلال التلدين بسبب الترابط الهيدروجيني للأسطح غير القطبية، وهو مفيد كمزيل للأكسدة في صناعة الصلب من خلال تشجيع الكربنة وزيادة معدلات استرداد عناصر السبائك. ونظرًا لثباتها الحراري وخمولها الكيميائي، تضمن مكونات كربيد السيليكون لمعدات معالجة رقائق أشباه الموصلات أداءً موثوقًا حتى في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.

التوصيلية

توفر مساحيق كربيد السيليكون مزيجًا مثاليًا من الصلابة والتوصيل عند استخدامها كمادة كاشطة أو في مكونات السيراميك المقاومة للتآكل، بالإضافة إلى الترابط معًا عن طريق التلبيد لصنع منتجات سيراميك صناعية عالية الأداء.

لقد أصبح سيراميك كربيد السيليكون أحد أكثر المواد الخزفية المرغوبة اليوم نظرًا لخصائصه الرائعة التي تتراوح بين المتانة الشديدة ومقاومة التآكل والثبات الحراري وتحمل الحرارة - وهي صفات جعلته أحد الخيارات الأساسية لبطانات فرامل السيارات الاستهلاكية وألواح السترات الواقية من الرصاص على حد سواء. يوفر كربيد السيليكون كلاً من القوة والتحمل الحراري