Πώς να παρασκευάσετε σκόνες καρβιδίου του πυριτίου

Το καρβίδιο του πυριτίου, που συνήθως αναφέρεται ως καρβορουνδία, είναι σκληρό όπως το διαμάντι και εξαιρετικά ανθεκτικό στη φθορά. Επιπλέον, οι κεραμικές του ιδιότητες το καθιστούν κατάλληλο για περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας και τάσης.

Η παραγωγή με τη διαδικασία Lely οδηγεί σε μορφή σκόνης που μπορεί να κοπεί σε πολύτιμους λίθους μοισσανίτη για χρήση ως πολύτιμοι λίθοι, ενώ οι κατασκευαστές τον χρησιμοποιούν επίσης για την κατασκευή λειαντικών αντικειμένων και προϊόντων που απαιτούν σκληρότητα.

Πηγές

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC), επίσης γνωστό ως καρβορουνδίου /krbnm/, είναι μια εξαιρετικά σκληρή ένωση πυριτίου και άνθρακα που σχηματίζεται φυσικά ως ορυκτό μοισσανίτης και παράγεται μαζικά ως λειαντικό από τα τέλη του 19ου αιώνα. Η συγκόλληση του SiC μεταξύ τους σε σκληρά κεραμικά ή η πρόσμιξή του με άζωτο, φώσφορο, βηρύλλιο ή αλουμίνιο μπορεί να σχηματίσει ημιαγωγούς τύπου n ή p.

Το βιομηχανικό SiC παράγεται συνήθως μέσω της διαδικασίας Acheson, με θέρμανση πυριτικής άμμου με πηγές άνθρακα, όπως το κοκ πετρελαίου, σε υψηλές θερμοκρασίες σε ανοιχτό κλίβανο, με αποτέλεσμα να παράγονται κόκκοι πράσινου ή μαύρου χρώματος ανάλογα με το επίπεδο καθαρότητας.

Το SiC είναι γνωστό για την ανώτερη θερμική του αγωγιμότητα και την αντοχή του στη διάβρωση. Με χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, υψηλή αναλογία αντοχής/σκληρότητας, χημική σταθερότητα και ευκολία κατεργασίας χρησιμεύει ως πρώτη ύλη σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές, όπως πυρίμαχα υλικά υψηλής ποιότητας/αφρώδη υλικά/κεραμικά [16].

Επεξεργασία

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα τεχνικό κεραμικό υλικό με μοναδικές ιδιότητες, όπως χημική αδράνεια σε όλες τις θερμοκρασίες, αντοχή σε θερμικά σοκ και υψηλή ικανότητα πυροσυσσωμάτωσης. Το SiC χρησιμοποιείται σε διάφορες τεχνικές κεραμικές εφαρμογές, όπως η κατασκευή επίπλων κλιβάνων και εξοπλισμού χειρισμού υγρών, καθώς και ρουλεμάν και εξαρτημάτων φθοράς. Πρόσθετες χρήσεις του SiC περιλαμβάνουν φίλτρα σωματιδίων ντίζελ και βαλλιστική προστασία. Η Washington Mills προσφέρει εξοπλισμό θραύσης, άλεσης και ταξινόμησης ικανό να παράγει πρώτες ύλες που πληρούν τα πρότυπα ANSI, FEPA και JIS.

Οι σκόνες SiC μπορεί να διαφέρουν σε μέγεθος κόκκων ανάλογα με την αρχική τους κατάσταση και την πηγή άνθρακα. Μια δημοφιλής διαδικασία προετοιμασίας για τη σύνθεση SiC είναι μέσω θερμικής αναγωγής με άνθρακα- αυτό περιλαμβάνει την αντίδραση ενός μίγματος που περιέχει ένα μόριο SiO2 λιγότερο από 200 mech με 1,5-3 μόρια πηγής άνθρακα- η έκπλυση με οξύ, η θέρμανση και η αντίδραση του διαλύματος που προκύπτει θα εξαλείψει τον άνθρακα γυαλιού από την παραγωγή.

Οι σκόνες SiC που παράγονται μέσω της ποσοτικής ανάλυσης XRD αναλύονται περαιτέρω χρησιμοποιώντας το σχήμα των σωματιδίων, την κοκκομετρική σύνθεση και την ανάλυση της ειδικής επιφάνειας. Τα σημαντικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν το σχήμα των σωματιδίων, την κοκκομετρική σύνθεση και την ειδική επιφάνεια. Τα σωματίδια SiC παρουσιάζουν συνήθως επίπεδες, σπαστές δομές με ελαττωματικές υποδομές που χαρακτηρίζονται από πλέγματα εξάρθρωσης στα όριά τους - ένα ανεπιθύμητο χαρακτηριστικό που θα μπορούσε να επηρεάσει αρνητικά τις διεργασίες πυροσυσσωμάτωσης.

Χαρακτηριστικά

Το καρβίδιο του πυριτίου προσφέρει πολλά μοναδικά χαρακτηριστικά που του επιτρέπουν να εφαρμόζεται σε διάφορους βιομηχανικούς τομείς. Συγκεκριμένα, είναι εξαιρετικά σκληρό με βαθμό σκληρότητας Mohs 9. Επιπλέον, το υλικό αυτό είναι χημικά αδρανές και προσφέρει μεγάλη αντοχή στην τριβή, αντοχή στη θερμότητα μέχρι υψηλές θερμοκρασίες και έχει καλή αντοχή στον εφελκυσμό και χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής - ιδιότητες που όλα μαζί καθιστούν το καρβίδιο του πυριτίου κατάλληλο για πολλές βιομηχανικές χρήσεις.

Οι διαδικασίες παραγωγής καρβιδίου του πυριτίου έχουν τεράστια επίδραση στις ιδιότητες και τις χρήσεις του. Ο Edward Goodrich Acheson ανέπτυξε τη διαδικασία Acheson, η οποία περιλαμβάνει τη θέρμανση ενός μείγματος χαλαζιακής άμμου, πετρελαϊκού κοκ και ξυλοτεμαχιδίων σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, προκειμένου να προκληθούν χημικές αντιδράσεις που παράγουν κρυστάλλους καρβιδίου του πυριτίου - οι κρύσταλλοι αυτοί μπορούν στη συνέχεια να θρυμματιστούν σε σκόνη ή να χυτευτούν σε ράβδους προς πώληση.

Αυτή η λειαντική σκόνη χρησιμοποιείται συνήθως από την αεροδιαστημική βιομηχανία και την αυτοκινητοβιομηχανία για το ακόνισμα και το λειάνισμα εξαρτημάτων για την επίτευξη ακριβών διαστάσεων και ομαλών φινιρισμάτων, ενώ βρίσκει επίσης χρήση στην κεραμική, την παραγωγή γυαλιού και την παραγωγή χάλυβα και άλλων μετάλλων. Η Alter Technology δημιούργησε ένα ραδιοκύκλωμα χρησιμοποιώντας αυτό το υλικό που μπορεί να αντέξει στις ακραίες συνθήκες του διαστήματος.

Εφαρμογές

Το κεραμικό καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα εξαιρετικό μη οξειδωτικό υλικό με διάφορες εφαρμογές λόγω της σκληρότητάς του (σκληρότητα Mohs > 9), της χημικής του αδράνειας, του χαμηλού συντελεστή θερμικής διαστολής και της αντοχής του τόσο στη θερμότητα όσο και στις κρούσεις. Το καρβίδιο του πυριτίου βρίσκει χρήση ως ανθεκτικά στη φθορά μέρη σε λειαντικά ή ανθεκτικά στη φθορά μέρη σε πυρίμαχα κεραμικά μέρη, καθώς και σε εφαρμογές ημιαγωγών και ηλεκτρικές εφαρμογές λόγω των ιδιοτήτων θερμικής αγωγιμότητας.

Για την παραγωγή SiC, οι κατασκευαστές πρώτα συνδυάζουν άμορφο πυρίτιο με άνθρακα σε υψηλές θερμοκρασίες - συνήθως με οπτάνθρακα ως πηγή άνθρακα - πριν από τη λείανση και την ανάμειξη με μικρές ποσότητες βωξίτη για να σχηματίσουν ένα προπλάσμα. Μόλις γίνει η δονοποίηση λαμβάνει χώρα είτε για ντοπάρισμα με άζωτο (SiC τύπου n) είτε για ντοπάρισμα με βόριο, αλουμίνιο και γάλλιο (SiC τύπου p), ανάλογα με την επιθυμητή εφαρμογή τους.

Στη συνέχεια, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν αυτό το πρόπλασμα για την παραγωγή κυβικού καρβιδίου του πυριτίου είτε με σύνδεση μέσω αντίδρασης είτε με χημική εναπόθεση ατμών. Η σύνδεση με αντίδραση είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη προσέγγιση- αυτή περιλαμβάνει τη θέρμανσή του στους 1410 βαθμούς Κελσίου και την πρόσμιξή του με άζωτο ή βόριο για την παραγωγή SiC τύπου n. Η χημική εναπόθεση ατμών απαιτεί σημαντικά περισσότερη ενέργεια και εξοπλισμό για τη διεργασία της- η σύνδεση με αντίδραση απαιτεί πολύ λιγότερη ενέργεια.

Η αγώγιμη σκόνη SiC ποιότητας ημιαγωγών έχει σχεδιαστεί για να καλύπτει τις μοναδικές ανάγκες ανάπτυξης διαφόρων μεθόδων για την ανάπτυξη μονόκρυστων αγώγιμων μονοκρυστάλλων καρβιδίου πυριτίου τρίτης γενιάς τύπου n. Αυτός ο τύπος σκόνης έχει βέλτιστη κατανομή μεγέθους σωματιδίων με λίγα κενά, προσφέροντας επίπεδα καθαρότητας προϊόντων που υπερβαίνουν το 6N.