Как да си направим прахове от силициев карбид

Силициевият карбид, по-често наричан карборунд, е твърд като диамант и е изключително устойчив на износване. Освен това керамичните му свойства го правят подходящ за високотемпературни среди и среди с високо напрежение.

Производството по процеса Lely води до получаване на прах, който може да бъде нарязан на мозаични камъни за използване като скъпоценни камъни, а производителите го използват и за производство на абразивни изделия и продукти, изискващи твърдост.

Източници

Силициевият карбид (SiC), известен също като карборунд, е изключително твърдо съединение на силиций и въглерод, което се образува в природата като минерала моисанит и се произвежда масово като абразив от края на 19 век. Свързването на SiC в твърда керамика или допирането му с азот, фосфор, берилий или алуминий може да образува полупроводници от n- или p-тип.

Промишленият SiC обикновено се произвежда чрез процеса на Ачесън, при който кварцов пясък се нагрява с въглеродни източници, като например петролен кокс, до високи температури в открита пещ, при което се получават зелени или черни зърна в зависимост от степента на чистота.

SiC е известен с отличната си топлопроводимост и устойчивост на корозия. С нисък коефициент на термично разширение, високо съотношение якост/твърдост, химическа стабилност и лесна обработваемост той служи като основна суровина в много промишлени приложения, като например висококачествени огнеупорни материали/абразиви/керамика [16].

Обработка

Силициевият карбид (SiC) е технически керамичен материал с уникални свойства, включващи химическа инертност при всякакви температури, устойчивост на термични удари и висока синтероустойчивост. SiC се използва в различни приложения на техническата керамика, включително за производството на мебели за пещи и оборудване за обработка на течности, както и за лагери и износващи се части. Допълнителните приложения на SiC включват филтри за дизелови частици и балистична защита. Washington Mills предлага оборудване за трошене, смилане и класифициране, способно да произвежда суровини, които отговарят на стандартите ANSI, FEPA и JIS.

SiC праховете могат да се различават по размер на зърната в зависимост от първоначалното им състояние и източника на въглерод. Популярен процес на подготовка за синтез на SiC е чрез въглеродно-термична редукция; това включва реакция на смес, съдържаща един мол SiO2, по-малък от 200 mech, с 1,5-3 мола въглероден източник; киселинното излугване, нагряването и реакцията на получения разтвор ще елиминират производството на стъклен въглерод.

Праховете от SiC, получени чрез XRD количествен анализ, се анализират допълнително с помощта на формата на частиците, гранулометричния състав и анализа на специфичната повърхност. Важните характеристики включват форма на частиците, гранулометричен състав и специфична повърхност. SiC частиците обикновено се характеризират с плоски, цепнатинни структури с дефектни подструктури, характеризиращи се с дислокационни мрежи по границите им - нежелана характеристика, която може да окаже отрицателно въздействие върху процесите на синтероване.

Характеристики

Силициевият карбид притежава много уникални характеристики, които му позволяват да се прилага в различни индустриални области. По-специално, той е изключително твърд, като твърдостта му по Моос е 9. Освен това този материал е химически инертен и предлага голяма устойчивост на износване, устойчивост на топлина до високи температури и има добра якост на опън и нисък коефициент на термично разширение - качества, които в съвкупност правят силициевия карбид подходящ за много промишлени приложения.

Процесите на производство на силициев карбид оказват огромно влияние върху неговите свойства и приложения. Едуард Гудрич Ачесън разработва процеса на Ачесън, който включва нагряване на смес от кварцов пясък, петролен кокс и дървесни стърготини до изключително високи температури, за да се предизвикат химични реакции, при които се получават кристали силициев карбид - тези кристали могат да бъдат раздробени на прах или отлети в слитъци за продажба.

Този абразивен прах обикновено се използва в аерокосмическата и автомобилната промишленост за хонинговане и притриване на части за постигане на точни размери и гладки покрития, като намира приложение и в керамиката, производството на стъкло и производството на стомана и други метали. Alter Technology създаде радиоверига с помощта на този материал, която може да издържи на екстремните условия в космоса.

Приложения

Керамиката от силициев карбид е изключителен неоксиден материал с разнообразни приложения благодарение на своята твърдост (твърдост по Моос > 9), химическа инертност, нисък коефициент на термично разширение и устойчивост на топлина и удар. Силициевият карбид намира приложение като износоустойчиви части в абразиви или износоустойчиви части в износоустойчиви части огнеупорни керамики, както и в полупроводникови и електрически приложения поради свойствата си на топлопроводимост.

За да произведат SiC, производителите първо комбинират аморфен силициев диоксид с въглерод при високи температури - обикновено въглищен кокс като източник на въглерод - преди да го смелят фино и да го смесят с малки количества боксит, за да се образува преформа. След това се извършва допинг с азот (n-тип SiC) или допинг с бор, алуминий и галий (p-тип SiC), в зависимост от желаното приложение.

След това производителите използват тази преформа за производство на кубичен силициев карбид чрез свързване чрез реакция или чрез химическо отлагане от пари. Свързването чрез реакция е по-често използваният подход; той включва нагряване до 1410 градуса по Целзий и легиране с азот или бор за получаване на n-тип SiC. Химическото отлагане на пари изисква значително повече енергия и оборудване за процеса; свързването чрез реакция изисква много по-малко.

Проводимият SiC прах за полупроводници е създаден, за да отговори на уникалните нужди за растеж на различни методи за отглеждане на n-тип проводими монокристали от силициев карбид от трето поколение. Този вид прах има оптимално разпределение на размера на частиците с малко празнини, като предлага нива на чистота на продукта, надвишаващи 6N.