Kuidas valmistada ränikarbiidipulbrit

Ränikarbiid, mida sagedamini nimetatakse karborundiks, on kõva nagu teemant ja väga kulumiskindel. Lisaks sellele sobivad selle keraamilised omadused kõrgete temperatuuride ja pingekeskkondade jaoks.

Lely-protsessi tootmise tulemuseks on pulber, mida saab lõigata moissaniidist kalliskivideks, mida kasutatakse kalliskividena, samas kui tootjad kasutavad seda ka abrasiivsete esemete ja kõvadust nõudvate toodete valmistamiseks.

Allikad

Ränikarbiid (SiC), tuntud ka kui karborundum /krbnm/, on räni ja süsiniku äärmiselt kõva ühend, mis moodustub looduslikult mineraalina moissanit ja mida toodetakse massiliselt abrasiivina alates 19. sajandi lõpust. Sidudes SiC-i kokku kõvaks keraamikaks või legeerides seda lämmastiku, fosfori, berülliumi või alumiiniumiga saab moodustada kas n- või p-tüüpi pooljuhte.

Tööstuslikku ränikarbiidi toodetakse tavaliselt Achesoni protsessi käigus, mille käigus kuumutatakse räniliiva koos süsinikuallikatega, näiteks naftakoksiga, avatud ahjus kõrgetel temperatuuridel, mille tulemuseks on sõltuvalt puhtusastmest kas rohelised või mustad terad.

SiC on tuntud oma suurepärase soojusjuhtivuse ja korrosioonikindluse poolest. Tänu madalale soojuspaisumise koefitsiendile, kõrgele tugevuse ja kõvaduse suhtele, keemilisele stabiilsusele ja kergele töödeldavusele on see peamine tooraine paljudes tööstuslikes rakendustes, nagu näiteks kõrgekvaliteedilised tulekindlad materjalid/abrasiivsed materjalid/keraamika [16].

Töötlemine

Ränikarbiid (SiC) on tehniline keraamiline materjal, millel on ainulaadsed omadused, sealhulgas keemiline inertsus kõikidel temperatuuridel, termilise šoki vastupidavus ja kõrge paagutatavus. SiCi kasutatakse mitmesugustes tehnokeraamilistes rakendustes, sealhulgas ahjumööbli ja vedelikukäitlusseadmete, samuti laagrite ja kulumisosade valmistamisel. SiC täiendavaks kasutusalaks on diisli tahkete osakeste filtrid ja ballistiline kaitse. Washington Mills pakub purustus-, jahvatus- ja klassifikatsiooniseadmeid, mis on võimelised tootma ANSI, FEPA ja JIS standarditele vastavaid tooraineid.

SiC-pulbrite terasuurus võib erineda sõltuvalt nende algseisundist ja süsinikuallikast. Populaarne valmistamisprotsess SiC sünteesiks on süsiniktermiline redutseerimine; see hõlmab ühe mooli SiO2 sisaldava segu reageerimist vähem kui 200 mechi 1,5-3 mooli süsinikuallikaga; happeline leostamine, kuumutamine ja saadud lahuse reageerimine kõrvaldavad klaasist süsiniku tekkimise.

XRD kvantitatiivse analüüsi abil toodetud SiC-pulbreid analüüsitakse täiendavalt osakeste kuju, granulomeetrilise koostise ja eripinna analüüsi abil. Olulised omadused on osakeste kuju, granulomeetriline koostis ja eripind. SiC-osakesed on tavaliselt lamedad, killustunud struktuuriga, millel on defektsed alajaotused, mida iseloomustavad dislokatsioonivõrgud nende piiridel - see on ebasoovitav omadus, mis võib negatiivselt mõjutada paagutusprotsesse.

Omadused

Ränikarbiidil on palju unikaalseid omadusi, mis võimaldavad seda kasutada erinevates tööstusvaldkondades. Eelkõige on see äärmiselt kõva, mille Mohsi kõvadus on 9. Lisaks on see materjal keemiliselt inertne ja pakub suurt kulumiskindlust, kuumakindlust kuni kõrge temperatuurini ning hea tõmbetugevuse ja madala soojuspaisumisteguriga omadusi - omadused, mis kõik kokku muudavad ränikarbiidi sobivaks paljudeks tööstuslikeks kasutusaladeks.

Ränikarbiidi tootmisprotsessidel on tohutu mõju selle omadustele ja kasutusaladele. Edward Goodrich Acheson töötas välja Achesoni protsessi, mille käigus kuumutatakse kvartsliiva, naftakoksi ja puiduhakke segu äärmiselt kõrgel temperatuuril, et tekitada keemilisi reaktsioone, mille tulemusena tekivad ränikarbiidikristallid - neid kristalle saab seejärel purustada pulbriks või valada müügiks valuplokkideks.

Seda abrasiivpulbrit kasutatakse tavaliselt lennundus- ja autotööstuses detailide lihvimiseks ja lihvimiseks, et saavutada täpsed mõõtmed ja sileda viimistluse, samuti kasutatakse seda keraamikas, klaasitootmises ning terase ja muude metallide tootmisel. Alter Technology lõi selle materjali abil raadiosagedusahela, mis peab vastu kosmoses valitsevatele äärmuslikele tingimustele.

Rakendused

Ränikarbiidkeraamika on silmapaistev mitteoksüdne materjal, millel on mitmesuguseid rakendusi tänu oma kõvadusele (Mohsi kõvadus > 9), keemilisele inertsusele, madalale soojuspaisumistegurile ja vastupidavusele nii kuumusele kui ka löögikindlusele. Ränikarbiid leiab tänu oma soojusjuhtivusomadustele kasutamist kulumiskindlate osade abrasiivides või kulumiskindlate osade kulumiskindlates tulekindlates keraamilistes osades, samuti pooljuhtide ja elektrilistes rakendustes.

SiC tootmiseks ühendavad tootjad kõigepealt amorfse ränidioksiidi ja süsiniku kõrgetel temperatuuridel - tavaliselt söekoksi kui süsinikuallika - enne peeneks jahvatamist ja segamist väikese koguse boksiidiga, et moodustada eelvorm. Pärast doonerdamist toimub sõltuvalt soovitud rakendusest kas lämmastikuga (n-tüüpi SiC) või boori, alumiiniumi ja galliumiga (p-tüüpi SiC) legeerimine.

Seejärel kasutavad tootjad seda eelvormi kuubilise ränikarbiidi tootmiseks kas reaktsiooni või keemilise aurustamise teel. Reaktsiooniga sidumine on sagedamini kasutatav lähenemisviis; see hõlmab selle kuumutamist 1410 kraadini ja legeerimist lämmastiku või booriga n-tüüpi ränikarbiidi tootmiseks. Keemiline aurustamise protsess nõuab oluliselt rohkem energiat ja seadmeid; reaktsiooniga sidumine nõuab palju vähem energiat ja seadmeid.

Juhtiv pooljuhtide kvaliteediklassi SiC-pulber on mõeldud vastama eri meetodite ainulaadsetele kasvuvajadustele kolmanda põlvkonna n-tüüpi juhtivate ränikarbiidi monokristallide kasvatamiseks. Seda tüüpi pulbril on optimaalne osakeste suurusjaotus, milles on vähe tühimikke, pakkudes toote puhtusastet, mis ületab 6N.