Nola egin silizio-karburo hautsak

Silizio-karburoa, ohikoena denez karborundum izenez ezaguna, diamante bezain gogorra da eta higadurarekiko erresistentzia handia du. Gainera, bere propietate zeramikek tenperatura altuko eta tentsio handiko inguruneetarako egokia bihurtzen dute.

Lely prozesuaren ekoizpenak hautsezko forma hartzen du, moissanite-harri preziatu bihurtu daitekeena, eta fabrikatzaileek gogortasuna eskatzen duten abrasibo-gai eta bestelako produktuetan ere erabiltzen dute.

Iturriak

Silizio-karburoa (SiC), carborundum izenez ere ezaguna, silizioaren eta karbonoaren konposatu izugarri gogorra da; naturalki moissanita mineralean agertzen da eta XIX. mendearen amaieratik masiboki ekoizten da abrasibo gisa. SiC gogorrezko zeramiketan lotzeak edo nitrogeno, fosforo, berilio edo aluminioz dopatzeak n- edo p-motako erdieroaleak sor ditzake.

Industriako SiC normalean Acheson prozesuaren bidez ekoizten da: silize-harea petrolio-kokekin bezalako karbono-iturri batzuekin berotzen da tenperatura altuetan labe irekian, eta horren purutasun-mailaren arabera ale berde edo beltzak lortzen dira.

SiC bere eroankortasun termiko bikainagatik eta korrosioarekiko erresistentziagatik da ezaguna. Termikoki hedapen koefiziente txikia, indar eta gogortasun erlazio handia, egonkortasun kimikoa eta makineragarritasun erraztasuna dituelako, industria-aplikazio askotan lehengai nagusi gisa erabiltzen da, hala nola kalitate handiko errefraktarioetan, abrasiboetan eta zeramiketan [16].

Prozesatze

Silizio-karburoa (SiC) teknologiazko zeramika-material bat da, propietate bereziak dituena, besteak beste, tenperatura guztietan kimikoki inertzia izatea, erresistentzia termiko-kolpearekiko eta sinteratzeko gaitasun handia. SiC hainbat teknologiazko zeramika-aplikaziotan erabiltzen da, hala nola labe-altzariak eta likidoak maneiatzeko ekipamenduak, baita errodamenduak eta higadura-piezak ere. SiCren beste erabilera batzuk diesel-partikula-iragazkiak eta babes balistikoa dira. Washington Mills-ek ANSI, FEPA eta JIS estandarrak betetzen dituzten lehengaiak ekoizteko gai diren birrintze-, birrindu- eta sailkapen-ekipoak eskaintzen ditu.

SiC hautsak tamaina desberdineko aleak izan ditzakete beren hasierako egoeraren eta karbono-iturriaren arabera. SiC sintetizatzeko prestaketa-prozesu ohikoena karbono-termal murrizketa da; horrek 200 mech baino gutxiagoko SiO2 mol bat eta 1,5–3 mol karbono-iturri duen nahasketa erreakzionatzea, azido bidezko xurgatzea, berotzea eta sortutako soluzioa erreakzionatzea dakar, eta horrek beirazko karbonoa sortzea saihesten du.

XRD analisi kuantitatiboaren bidez ekoiztutako SiC hautsak partikulen forma, granulometria-konposizioa eta azalera espezifikoaren analisiaren bidez aztertzen dira sakonago. Ezaugarri garrantzitsuen artean daude partikulen forma, granulometria-konposizioa eta azalera espezifikoa. SiC partikulek normalean egitura lauso eta zatituak erakusten dituzte, eta haien mugetan dislokazio-sareek osatutako azpi-egitura akastunak dituzte – ezaugarri desiragaitza, sinterizazio-prozesuetan eragin negatiboa izan dezakeena.

Ezaugarriak

Silizio-karburoak hainbat ezaugarri berezi eskaintzen ditu, industria-arloko hainbat esparrutan aplikatzeko aukera ematen dutenak. Bereziki gogorra da, Mohs eskalaren arabera 9 gogortasun-maila duena. Gainera, material hau kimikoki inertziazkoa da, higadurarekiko erresistentzia handia du, tenperatura altuetara arteko beroarekiko erresistentzia eskaintzen du, tentsio-erresistentzia ona du eta termikoki hedapen-koefiziente txikia du – ezaugarri horiek guztiak silizio-karburoa industria-erabilera askotarako egokia bihurtzen dutenak.

Silikon karbidoaren ekoizpen prozesuek bere propietateetan eta erabileretan eragin handia dute. Edward Goodrich Achesonek Acheson prozesua garatu zuen; prozesu horrek kuartzo-hare, petrolio-koke eta egur-txipien nahasketa tenperatura oso altuetan berotzea dakar, erreakzio kimikoak eragiteko eta silikon karbidozko kristalak sortzeko – kristal horiek hauts bihurtu edo salmentarako ingotetan galdara daitezke.

hautsa abrasiboa hau ohiko erabiltzen dute aeronautika eta automobilgintza industriek piezak honatzeko eta lappatzeko, neurri zehatzak eta akabera leunak lortzeko; halaber, zeramiketan, beiraren ekoizpenean eta altzairu eta beste metal batzuen ekoizpenean ere erabiltzen da. Alter Technologyk material honekin espazioaren baldintza muturrekoak jasateko gai den irrati-zirkuitu bat sortu zuen.

Aplikazioak

Silizio-karburozko zeramika oxido gabeko material bikaina da, gogortasun handia (Mohs gogortasuna > 9), kimikako inertzia, bero-uzkurtze koefiziente txikia eta beroari nahiz talkari erresistentzia duelako hainbat aplikaziotarako egokia. Silizio-karburoa higadurarekiko erresistente diren piezetan erabiltzen da, hala nola abrasiboetan eta beste higadurarekiko erresistente diren zeramika piezetan, baita errefaktarioetan ere; gainera, bere eroankortasun termikoari esker, erdieroale eta aplikazio elektrikoetan ere erabiltzen da.

SiC ekoizteko, fabrikatzaileek lehenik silize amorfoa karbonoarekin tenperatura altuetan konbinatzen dute – normalean ikatz-kokea karbono-iturri gisa –, ondoren fin-fin birrindu eta bauxita kopuru txiki batzuekin nahasten dute preforma bat osatzeko. Behin dopaketa egiten denean, nitrogeno-dopaketa (n-motako SiC) edo boron, aluminio eta gallio dopaketekin (p-motako SiC), nahi duten aplikazioaren arabera.

Ondoren, fabrikatzaileek preforma hau erabiltzen dute kubiko silizio-karburoa ekoizteko erreakzio bidezko loturaren edo deposizio kimiko bidezko lurrunaren bidez. Erreakzio bidezko lotura da ohikoena; horretarako, 1410 °C-ra berotzen da eta nitrogeno edo boronoz dopatzen da n-motako SiC lortzeko. Deposizio kimiko bidezko lurrunak askoz energia eta ekipamendu gehiago eskatzen ditu bere prozesurako; erreakzio bidezko loturak askoz gutxiago behar ditu.

Semikondukzio-mailako, eroale den SiC hautsa diseinatu da hirugarren belaunaldiko n-motako silizio karburoko kristal bakun eroaleak hazteko hainbat metodoek dituzten hazkuntza-behar bereziak asetzeko. Hauts mota honek partikula-tamaina banaketa optimoa du, hutsune gutxirekin, eta 6N gainditzen duten purutasun-mailak eskaintzen ditu.