Sådan laver du siliciumcarbidpulver

Siliciumcarbid, bedre kendt som carborundum, er hårdt som diamant og meget slidstærkt. Desuden gør dets keramiske egenskaber det velegnet til miljøer med høje temperaturer og spændinger.

Lely-processens produktion resulterer i pulverform, der kan skæres til moissanit-ædelsten til brug som ædelsten, mens producenter også bruger det til fremstilling af slibende genstande og produkter, der kræver hårdhed.

Kilder

Siliciumcarbid (SiC), også kendt som carborundum /krbnm/, er en ekstremt hård forbindelse af silicium og kulstof, der dannes naturligt som mineralet moissanit og masseproduceres som slibemiddel siden slutningen af det 19. århundrede. Ved at binde SiC sammen til hård keramik eller dope det med nitrogen, fosfor, beryllium eller aluminium kan der dannes enten n- eller p-type halvledere.

Industrielt SiC produceres typisk gennem Acheson-processen, hvor man opvarmer silikasand med kulstofkilder som petroleumskoks til høje temperaturer i en åben ovn, hvilket giver enten grønne eller sortfarvede korn afhængigt af deres renhedsgrad.

SiC er kendt for sin overlegne varmeledningsevne og korrosionsbestandighed. Med lav varmeudvidelseskoefficient, højt styrke/hårdhedsforhold, kemisk stabilitet og let bearbejdelighed fungerer det som et førsteklasses råmateriale i mange industrielle anvendelser som f.eks. højkvalitets ildfaste materialer/slibemidler/keramik [16].

Forarbejdning

Siliciumcarbid (SiC) er et teknisk keramisk materiale med unikke egenskaber, herunder kemisk inerti ved alle temperaturer, modstandsdygtighed over for termisk chok og høj sintringsevne. SiC bruges i forskellige tekniske keramiske applikationer, herunder fremstilling af ovnmøbler og udstyr til væskehåndtering samt lejer og sliddele. Yderligere anvendelser af SiC omfatter dieselpartikelfiltre og ballistisk beskyttelse. Washington Mills tilbyder udstyr til knusning, formaling og klassificering, som kan producere råmaterialer, der opfylder ANSI-, FEPA- og JIS-standarder.

SiC-pulvere kan variere i kornstørrelse afhængigt af deres oprindelige tilstand og kulstofkilde. En populær fremstillingsproces for SiC-syntese er gennem kulstof-termisk reduktion; dette indebærer at reagere en blanding, der indeholder et mol SiO2 mindre end 200 mech med 1,5-3 mol kulstofkilde; syreudvaskning, opvarmning og reaktion af den resulterende opløsning vil eliminere glas kulstof fra at blive produceret.

SiC-pulvere fremstillet gennem kvantitativ XRD-analyse analyseres yderligere ved hjælp af partikelform, granulometrisk sammensætning og specifik overfladeanalyse. Vigtige egenskaber omfatter partikelform, granulometrisk sammensætning og specifik overflade. SiC-partikler udviser typisk flade, splintrede strukturer med defekte understrukturer, der er kendetegnet ved dislokationsgitre på deres kanter - en uønsket egenskab, der kan have en negativ indvirkning på sintringsprocesser.

Karakteristika

Siliciumcarbid har mange unikke egenskaber, der gør det muligt at anvende det på tværs af forskellige industrielle områder. Det er især ekstremt hårdt med en Mohs-hårdhedsgrad på 9. Derudover er dette materiale kemisk inert og har stor slidstyrke, varmebestandighed op til høje temperaturer og har god trækstyrke og lav varmeudvidelseskoefficient - kvaliteter, der alt sammen gør siliciumcarbid velegnet til mange industrielle anvendelser.

Produktionsprocesser for siliciumcarbid har en enorm effekt på dets egenskaber og anvendelser. Edward Goodrich Acheson udviklede Acheson-processen, som indebærer opvarmning af en blanding af kvartssand, petroleumskoks og træflis til ekstremt høje temperaturer for at forårsage kemiske reaktioner, som producerer siliciumcarbidkrystaller - disse krystaller kan derefter knuses til pulver eller støbes til barrer til salg.

Dette slibepulver bruges ofte i luftfarts- og bilindustrien til honing og lapning af dele for at opnå præcise dimensioner og glatte overflader, mens det også bruges i keramik, glasproduktion og produktion af stål og andre metaller. Alter Technology skabte et radiokredsløb ved hjælp af dette materiale, som kan modstå de ekstreme forhold i rummet.

Anvendelser

Siliciumcarbidkeramik er et fremragende ikke-oxidmateriale med mange anvendelsesmuligheder på grund af dets hårdhed (Mohs-hårdhed > 9), kemiske inerti, lave varmeudvidelseskoefficient og modstandsdygtighed over for både varme og slag. Siliciumcarbid anvendes som slidstærke dele i slibemidler eller slidstærke dele i ildfast keramik samt til halvledere og elektriske anvendelser på grund af dets varmeledningsevne.

For at producere SiC kombinerer producenterne først amorf silica med kulstof ved høje temperaturer - typisk kulkoks som kulstofkilde - før de finmaler og blander med små mængder bauxit for at danne en præform. Herefter sker der enten en kvælstofdoping (n-type SiC) eller en doping med bor, aluminium og gallium (p-type SiC), afhængigt af den ønskede anvendelse.

Producenterne bruger derefter denne præform til at producere kubisk siliciumcarbid ved enten at forbinde ved reaktion eller kemisk dampudfældning. Kobling ved reaktion er den mest almindeligt anvendte metode; det indebærer opvarmning til 1410 grader og doping med nitrogen eller bor til fremstilling af n-type SiC. Kemisk dampudfældning kræver betydeligt mere energi og udstyr til processen; sammenkædning ved reaktion kræver meget mindre.

Ledende SiC-pulver af halvlederkvalitet er designet til at opfylde de unikke vækstbehov ved forskellige metoder til dyrkning af tredje generation af n-type ledende siliciumcarbid-enkeltkrystaller. Denne type pulver har en optimal partikelstørrelsesfordeling med få hulrum, hvilket giver produktrenhedsniveauer på over 6N.