Σκόνες καρβιδίου πυριτίου που φέρνουν επανάσταση στις διαδικασίες κατασκευής σε υψηλές θερμοκρασίες

Τα λειαντικά καρβιδίου του πυριτίου (SiC) διατίθενται σε πολλαπλά μεγέθη κόκκων και βρίσκονται συχνά τόσο σε λειαντικά με συγκόλληση όσο και σε λειαντικά με επικάλυψη. Ενώ το SiC μπορεί να βρεθεί φυσικά μέσα σε κοσμήματα μοισσανίτη, η κατασκευή του SiC χρησιμοποιεί για την παραγωγή του είτε τη διαδικασία Acheson είτε την τεχνολογία χημικής εναπόθεσης ατμών.

Η διαθλαστικότητα, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα και η αντοχή στη διάβρωση το καθιστούν το τέλειο υλικό για επενδύσεις κλιβάνων, χωνευτήρια και άλλα εξαρτήματα χαλυβουργίας.

Βελτιωμένες μέθοδοι σύνθεσης

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ευρέως γνωστό για την ανώτερη σκληρότητά του (δεύτερη μόνο μετά το διαμάντι και το κυβικό νιτρίδιο του βορίου), την υψηλή αντοχή, τη χημική σταθερότητα και την αντοχή στη θερμοκρασία - ιδιότητες που το καθιστούν το ιδανικό υλικό για κεραμικές και πυρίμαχες εφαρμογές κατασκευής. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου βρίσκει επίσης ευρεία εφαρμογή σε ηλεκτρονικές διατάξεις υψηλών επιδόσεων - συγκεκριμένα σε ημιαγωγούς ισχύος, τρανζίστορ πεδίου-επίδρασης ημιαγωγών οξειδίου του μετάλλου (MOSFET) και διπολικά τρανζίστορ μονωμένης πύλης (IGBT).

Οι κατασκευαστές παράγουν καρβίδιο του πυριτίου θερμαίνοντας ένα μείγμα πυριτικής άμμου και κοκ σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες μέχρι η χημική αντίδραση, γνωστή ως σύνθεση SiC, να παράγει κρυσταλλωμένες μορφές γνωστές ως πράσινο ή μαύρο SiC ανάλογα με το επίπεδο καθαρότητας. Αφού παραχθεί, το SiC μπορεί στη συνέχεια να βελτιωθεί περαιτέρω σε μεγέθη σωματιδίων προσαρμοσμένα για συγκεκριμένες εφαρμογές μέσω διαφόρων μεθόδων σύνθεσης όπως το σχήμα Acheson, η θερμική αναγωγή με άνθρακα και η θερμική αποσύνθεση υγρών πολυμερών - η καθεμία χρησιμοποιεί ενεργοβόρες διαδικασίες θέρμανσης που πρέπει να φτάσουν σε θερμοκρασίες αντίδρασης για να σχηματίσουν κρυσταλλωμένους κρυστάλλους SiC πριν από την πλύση με οξύ και την ξήρανση που απαιτούνται πριν ολοκληρωθεί η παραγωγή και στη συνέχεια να παραχθεί η τελική του μορφή.

Αυτοματισμός

Η παραγωγή καρβιδίου του πυριτίου αρχίζει με την ανάμειξη κονιοποιημένου κοκ και χαλαζία μαζί, ακολουθούμενη από την εφαρμογή ηλεκτρισμού μέσω ενός πυρήνα γραφίτη για τη θέρμανσή του έως ότου προκύψει εξευγενισμένο καρβίδιο του πυριτίου (SiC) - η διαδικασία αυτή είναι γνωστή ως διαδικασία Acheson.

Αφού προετοιμαστούν οι πρώτες ύλες, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες τεχνικές για τη μετατροπή της σκόνης σε σαγάρ. Μόλις σχηματιστούν, αυτά τα σαγγκάρ υποβάλλονται σε στάδια μεταγενέστερης επεξεργασίας, όπως μηχανική κατεργασία και επιφανειακή επίστρωση, που εξασφαλίζουν την ανθεκτικότητα και την αντοχή τους στη χημική διάβρωση σε υψηλότερες θερμοκρασίες.

Η μαύρη σκόνη καρβιδίου πυριτίου είναι ένα ολοένα και πιο δημοφιλές υλικό για την κατασκευή λειαντικών προϊόντων, όπως τροχοί λείανσης και κοπτικά εργαλεία, χάρη στην εξαιρετική σκληρότητα και την ανώτερη θερμική αγωγιμότητα. Επιπλέον, το υλικό αυτό μπορεί να βρεθεί σε διαδικασίες παραγωγής ημιαγωγών και διόδων στη βιομηχανία ηλεκτρονικών, καθώς η αντοχή του σε υψηλές θερμοκρασίες το καθιστά κατάλληλο για την κατασκευή πυρίμαχων υλικών που χρησιμοποιούνται σε κλιβάνους, φούρνους, χωνευτήρια στις κατασκευές ή στις βιομηχανίες μεταλλουργίας.

Επεξεργασία σε υψηλότερες θερμοκρασίες

Η σκόνη καρβιδίου του πυριτίου προσφέρει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες που την καθιστούν κατάλληλη για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας. Η σκληρότητα και η αντοχή του στη φθορά το καθιστούν ιδιαίτερα ανθεκτικό στη φθορά, ενώ η θερμική σταθερότητα, η χημική αντοχή και η ηλεκτρική αγωγιμότητα το καθιστούν επίσης ιδιαίτερα περιζήτητο.

Η παραγωγή αυτού του υλικού περιλαμβάνει τη θέρμανση ενός μείγματος πυριτίου και κοκ σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες σε έναν ειδικό κλίβανο, ο οποίος προκαλεί τις αντιδράσεις τους για να σχηματίσουν μεγάλους κρυστάλλους καρβιδίου του πυριτίου.

Αφού σχηματιστεί το καρβίδιο του πυριτίου, πρέπει να πλυθεί για να απομακρυνθούν οι ακαθαρσίες πριν ξηρανθεί με διάφορες τεχνικές, όπως ξήρανση με θερμό αέρα, υπό κενό ή ξήρανση με μικροκύματα.

Μετά την ξήρανση, το καρβίδιο του πυριτίου θρυμματίζεται, ταξινομείται, αλέθεται και πάλι και επεξεργάζεται για συγκεκριμένες εφαρμογές. Το τελικό αποτέλεσμα είναι μια ράβδος η οποία μπορεί στη συνέχεια να διαμορφωθεί ώστε να πληροί μεμονωμένες προδιαγραφές - οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν αυτή τη ράβδο για τη δημιουργία ακροφυσίων καυστήρων για παράδειγμα - ένα αναπόσπαστο στοιχείο για την παροχή μέγιστης απόδοσης ψεκασμού καυσίμου.

Βιωσιμότητα

Η σκόνη καρβιδίου του πυριτίου ξεχωρίζει σε απαιτητικά περιβάλλοντα κατασκευής με τις εντυπωσιακές ιδιότητές της, όπως η απίστευτη σκληρότητα, η εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και η αντοχή στη διάβρωση. Ως εκ τούτου, το υλικό αυτό χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό στην παραγωγή λειαντικών και ηλεκτρονικών προϊόντων, συμπεριλαμβανομένης της κοπής και στίλβωσης μετάλλων ή κεραμικών πλακιδίων.

Λόγω της αξιοσημείωτης σκληρότητας και κοφτερότητάς του, το διαμάντι χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία λειαντικών για την κατασκευή τροχών λείανσης και δίσκων κοπής. Οι κατασκευαστές ηλεκτρονικών συσκευών βασίζονται επίσης σε μεγάλο βαθμό σε αυτό λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων θερμικής αγωγιμότητας καθώς και της αντοχής του στη φθορά.

Η παραγωγή καρβιδίου του πυριτίου μπορεί να γίνει με περιβαλλοντικά υπεύθυνο τρόπο, χρησιμοποιώντας ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και συστήματα ανάκτησης αποβλήτων για την ελαχιστοποίηση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Εφαρμόζοντας τέτοιες πρακτικές, οι κατασκευαστές μπορούν να μειώσουν τη χρήση ενέργειας και παράλληλα να μειώσουν το λειτουργικό κόστος - κάτι ιδιαίτερα σημαντικό στο σημερινό κλίμα αύξησης του ενεργειακού κόστους.