Kiel fari silici-karbidajn pulvorojn

Silicia karbido, pli ofte nomata karborundo, estas malmola kiel diamanto kaj tre eluziĝrezista. Krome ĝiaj ceramikaj ecoj igas ĝin taŭga por alt-temperaturaj kaj alt-tensiaj medioj.

La Lely-procesa produktado rezultigas pulvoron, kiu povas esti tranĉita en moissanitajn gemojn por uzo kiel gemoj, dum fabrikantoj ankaŭ uzas ĝin en la fabrikado de abrazivaj eroj kaj produktoj postulantaj malmolecon.

Fontoj

Silicia karbido (SiC), ankaŭ konata kiel karborundo /krbnm/, estas ekstreme malmola komponaĵo de silicio kaj karbono, kiu nature formiĝas kiel la mineralo moissanito kaj ekde la malfrua 19-a jarcento estas amase produktata kiel abrazivaĵo. Kunligado de SiC en malmolajn ceramikaĵojn aŭ ĝia dopado per nitrogeno, fosforo, berilio aŭ aluminio povas formi aŭ n-tipajn aŭ p-tipajn duonkonduktilojn.

Industria SiC estas tipe produktata per la Acheson-procezo, kiu varmigas silican sablon kun karbonfontoj kiel petrolekokaĵo al altaj temperaturoj en malfermita forno, rezultigante verdajn aŭ nigrajn grajnojn depende de ilia purecnivelo.

SiC estas konata pro sia supera termika konduktiveco kaj koroda rezisto. Kun malalta koeficiento de termika ekspansio, alta rilatumo de forto al malmoleco, kemia stabileco kaj facileco de maŝinprilaboro, ĝi servas kiel ĉefa krudaĵo en multaj industriaj aplikoj, kiel altkvalitaj refraktaĵoj, abrazivaĵoj kaj ceramikaĵoj [16].

Prilaborado

Silicokarbido (SiC) estas teknika ceramika materialo kun unikaj ecoj, inkluzive de kemia neŭtraleco je ĉiuj temperaturoj, rezisto al termika ŝoko, kaj alta sinterebleco. SiC estas uzata en diversaj teknikaj ceramikaj aplikoj, inkluzive de la fabrikado de forno-arkitekturo kaj ekipaĵoj por manipulado de likvaĵoj, kaj ankaŭ lagroj kaj eluzpartoj. Pliaj uzoj de SiC inkluzivas dizelajn partiklo-filtrilojn kaj balistikan protekton. Washington Mills ofertas ekipaĵon por dispremado, muelado kaj klasifado, kapablan produkti krudmaterialojn kiuj plenumas la normojn ANSI, FEPA kaj JIS.

SiC-pulvoroj povas varii laŭ grajnograndeco depende de sia komenca stato kaj de la karbonfonto. Populara preparprocezo por la sintezo de SiC estas karbo-termika redukto; ĝi konsistas el reago de miksaĵo enhavanta unu molon da SiO2 malpli ol 200 meĥ kun 1,5–3 molaroj da karbonfonto; acido-elavado, varmigo kaj reago de la rezultanta solvo forigos la produktadon de vitra karbono.

SiC-pulvoroj produktitaj per kvanta XRD-analizo estas plue analizitaj laŭ partikla formo, granulometria konsisto kaj specifa surfaca analizo. Gravaj karakterizaĵoj inkluzivas partiklan formon, granulometriajn konsiston kaj specifan surfacon. SiC-partikloj tipe montras platajn, splinterecajn strukturojn kun difektitaj substrukturoj karakterizitaj per dislokadoretoj ĉe iliaj randoj – maldezirinda trajto, kiu povus negative influi sinterigajn procezojn.

Karakterizaĵoj

Silicia karbido ofertas multajn unikajn karakterizaĵojn, kiuj ebligas ĝian aplikon en diversaj industriaj kampoj. Notinde, ĝi estas ekstreme malmola, kun Mohs-malmoleco de 9. Krome, ĉi tiu materialo estas kemie neaktiva kaj ofertas grandan abrazian reziston, varmoreziston ĝis altaj temperaturoj, kaj havas bonan tensian forton kaj malaltan koeficienton de termika ekspansio – kvalitoj kiuj ĉiuj kune igas silician karbidon taŭga por multaj industriaj uzoj.

Produktadprocezoj de siliciumkarbido havas grandegan efikon sur ĝiaj propraĵoj kaj uzoj. Edward Goodrich Acheson evoluigis la Acheson-procezon, kiu konsistas el varmigo de miksaĵo de kvarca sablo, petrola kokaĵo kaj lignaj pecetoj al ekstreme altaj temperaturoj por kaŭzi kemiajn reakciojn, kiuj produktas siliciumkarbidajn kristalojn – tiuj kristaloj poste povas esti dispremitaj en pulvoron aŭ gisitaj en ingotojn por vendo.

Ĉi tiu abraziva pulvoro estas ofte uzata de la aerospaca kaj aŭtomobila industrioj por honado kaj lapadado de partoj por atingi precizajn dimensiojn kaj glatajn finpolurojn, dum ĝi ankaŭ troviĝas en uzo en ceramiko, vitroproduktado kaj la produktado de ŝtalo kaj aliaj metaloj. Alter Technology kreis radioskemon uzante ĉi tiun materialon, kiu povas elteni la ekstremajn kondiĉojn de la kosmo.

Aplikaĵoj

Silicia karbida ceramiko estas elstara neoksida materialo kun diversaj aplikoj pro sia malmoleco (Mohs-malmoleco > 9), kemia neaktiveco, malalta termika ekspansia koeficiento kaj rezisto al varmo kaj al frapoj. Silicia karbido estas uzata kiel eluziĝrezistaj partoj en abrazivoj aŭ kiel eluziĝrezistaj partoj en refraktaj ceramikaĵoj, same kiel en duonkonduktaj kaj elektraj aplikoj pro siaj termikonduktivaj ecoj.

Por produkti SiC, fabrikantoj unue kombinas amorfan silikon kun karbono ĉe altaj temperaturoj – kutime uzante koalan kokson kiel karbonfonton – antaŭ ol fajne mueli ĝin kaj miksi ĝin kun malgrandaj kvantoj da boksito por formi antaŭformon. Post tio okazas dopado: nitrogena dopado (n-tipa SiC) aŭ dopado per boro, aluminio kaj galio (p-tipa SiC), depende de la dezirata apliko.

Poste fabrikantoj uzas ĉi tiun antaŭformon por produkti kuban siliciumkarbidon per reakcia ligado aŭ per kemia vapora deponaĵo. Reakcia ligado estas la plej ofte uzata metodo; ĝi konsistas el varmigo ĝis 1410 °C kaj enigo de nitrogeno aŭ boro por produkti n-tipan SiC. Kemia vapora deponaĵo postulas signife pli da energio kaj ekipaĵo por sia procezo; reakcia ligado postulas multe malpli.

Konduktiva semikonduktora grado SiC-pulvoro estas desegnita por plenumi la unikajn kreskbezonojn de diversaj metodoj por kreskigi tria-generaciajn n-tipajn konduktivajn siliciumkarbidajn unukristalojn. Ĉi tiu pulvoro havas optimuman partiklan grandecan distribuon kun malmultaj malplenoj, ofertante produktajn purecajn nivelojn superantajn 6N.