مساحيق كربيد السيليكون التي تحدث ثورة في عمليات التصنيع في درجات الحرارة العالية

تأتي المواد الكاشطة المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) بأحجام متعددة من الحبيبات وكثيرًا ما توجد في كل من المواد الكاشطة الرابطة والمغلفة. وفي حين يمكن العثور على كربيد السيليكون بشكل طبيعي داخل جواهر المويسانيت، فإن معظم تصنيع كربيد السيليكون يستخدم إما عملية أكيسون أو تقنية ترسيب البخار الكيميائي للإنتاج.

إن الانكسار والموصلية الحرارية العالية ومقاومة التآكل تجعلها المادة المثالية لبطانات الأفران والبوتقات وغيرها من مكونات صناعة الصلب.

طرق التوليف المحسنة

يشتهر كربيد السيليكون على نطاق واسع بصلابته الفائقة (يأتي في المرتبة الثانية بعد الماس ونتريد البورون المكعب)، وقوته العالية، وثباته الكيميائي ومقاومته لدرجات الحرارة - وهي صفات تجعله المادة المفضلة في تطبيقات تصنيع السيراميك والحراريات. وعلاوة على ذلك، يستخدم كربيد السيليكون أيضاً على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية عالية الأداء - وتحديداً أشباه موصلات الطاقة وأشباه الموصلات ذات التأثير الميداني لأشباه الموصلات المعدنية (MOSFETs) والترانزستورات ثنائية القطب المعزولة البوابة (IGBTs).

يقوم المصنعون بإنتاج كربيد السيليكون عن طريق تسخين خليط من رمل السيليكا وفحم الكوك في درجات حرارة عالية للغاية حتى ينتج التفاعل الكيميائي، المعروف باسم تخليق كربيد السيليكون، أشكالاً متبلورة تُعرف باسم كربيد السيليكون الأخضر أو الأسود حسب مستوى نقاوته. وبمجرد إنتاجه، يمكن بعد ذلك تنقية كربيد السيليكون إلى أحجام جسيمات مصممة خصيصاً لتطبيقات محددة من خلال طرق تخليق مختلفة مثل مخطط أكيسون والاختزال الحراري الكربوني الحراري والتحلل الحراري للبوليمر السائل - وكل منها يستخدم عمليات تسخين كثيفة الطاقة التي يجب أن تصل إلى درجات حرارة التفاعل لتشكيل بلورات سيليكون السيليكون المتبلورة قبل أن يتم غسلها وتجفيفها بالأحماض قبل اكتمال الإنتاج ومن ثم إنتاج شكلها النهائي.

الأتمتة

يبدأ إنتاج كربيد السيليكون عن طريق خلط مسحوق فحم الكوك والكوارتز معًا، ثم استخدام الكهرباء من خلال قلب من الجرافيت لتسخينه حتى يظهر كربيد السيليكون المكرر (SiC) - وتعرف هذه العملية باسم عملية أتشيسون.

وبمجرد تحضير المواد الخام، يمكن استخدام تقنيات مختلفة لتحويل المسحوق إلى ساجار. وبمجرد تشكيلها، تخضع هذه الساجارات لخطوات ما بعد المعالجة مثل المعالجة الميكانيكية وطلاء السطح الذي يضمن متانتها ومقاومتها للتآكل الكيميائي في درجات الحرارة العالية.

يعتبر مسحوق كربيد السيليكون الأسود مادة شائعة بشكل متزايد لتصنيع المنتجات الكاشطة مثل عجلات الطحن وأدوات القطع، وذلك بفضل صلابته الاستثنائية وموصلية حرارية فائقة. وعلاوة على ذلك، يمكن العثور على هذه المادة في عمليات إنتاج صناعة الإلكترونيات لأشباه الموصلات والصمامات الثنائية، بالإضافة إلى مقاومتها العالية لدرجات الحرارة مما يجعلها مناسبة لصنع المواد الحرارية المستخدمة في الأفران والأفران والبوتقات في صناعات البناء أو الصناعات المعدنية.

المعالجة في درجات حرارة أعلى

يوفر مسحوق كربيد السيليكون خواص ميكانيكية ممتازة تجعله مناسبًا للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. كما أن صلابته ومقاومته للتآكل تجعله مقاومًا للتآكل بدرجة كبيرة في حين أن ثباته الحراري ومقاومته الكيميائية وتوصيله للكهرباء يجعله مرغوبًا للغاية.

ينطوي إنتاج هذه المادة على تسخين خليط من السيليكا وفحم الكوك في درجات حرارة عالية جدًا في فرن خاص، مما يؤدي إلى تفاعلهما لتشكيل بلورات كبيرة من كربيد السيليكون.

وبمجرد تكوين كربيد السيليكون، يجب غسله لإزالة الشوائب قبل تجفيفه باستخدام تقنيات مختلفة مثل التجفيف بالهواء الساخن أو التفريغ أو التجفيف بالموجات الدقيقة.

بعد التجفيف، يتم سحق كربيد السيليكون وفرزها وطحنها مرة أخرى ومعالجتها لتطبيقات محددة. والنتيجة النهائية هي سبيكة يمكن بعد ذلك تشكيلها لتلبية المواصفات الفردية - يستخدم المصنعون هذه السبيكة لصنع فوهات الموقد على سبيل المثال - وهي عنصر أساسي في توفير أقصى قدر من كفاءة الانحلال للوقود.

الاستدامة

يبرز مسحوق كربيد السيليكون في بيئات التصنيع الصعبة بخصائصه الرائعة، مثل الصلابة المذهلة والتوصيل الحراري الممتاز ومقاومة التآكل. وعلى هذا النحو، تُستخدم هذه المادة منذ فترة طويلة في إنتاج المواد الكاشطة والإلكترونيات، بما في ذلك قطع المعادن أو بلاط السيراميك وتلميعها.

نظرًا لصلابته وحدّته الرائعة، يشيع استخدام الماس في صناعة المواد الكاشطة لتصنيع عجلات الطحن وأقراص القطع. كما تعتمد عليه الشركات المصنعة للإلكترونيات اعتمادًا كبيرًا نظرًا لخصائصه الممتازة في التوصيل الحراري بالإضافة إلى مقاومته للتآكل والتلف.

يمكن أن يتم إنتاج كربيد السيليكون بطريقة مسؤولة بيئيًا، باستخدام مصادر الطاقة المتجددة وأنظمة استعادة النفايات لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. ومن خلال استخدام مثل هذه الممارسات، يمكن للمصنعين تقليل استخدام الطاقة مع خفض التكاليف التشغيلية - وهو أمر مهم بشكل خاص في مناخ اليوم الذي يشهد ارتفاع تكاليف الطاقة.