Piikarbidijauheiden valmistaminen

Piikarbidi, jota kutsutaan yleisesti karborundiksi, on timantin kaltaista kovaa ja erittäin kulutusta kestävää. Lisäksi sen keraamiset ominaisuudet tekevät siitä sopivan korkean lämpötilan ympäristöihin ja jänniteympäristöihin.

Lely-prosessin tuotantotuloksena syntyy jauhemuoto, joka voidaan leikata moissanite-jalokiviksi käytettäväksi jalokivinä, mutta valmistajat käyttävät sitä myös hiomatuotteiden ja kovuutta vaativien tuotteiden valmistukseen.

Lähteet

Piikarbidi (SiC), joka tunnetaan myös nimellä carborundum /krbnm/, on erittäin kova piin ja hiilen yhdiste, joka muodostuu luonnostaan mineraali moissanitiksi ja jota on valmistettu massatuotantona hioma-aineena 1800-luvun lopulta lähtien. Liittämällä SiC:tä koviksi keraameiksi tai seostamalla sitä typellä, fosforilla, berylliumilla tai alumiinilla voidaan muodostaa joko n- tai p-tyypin puolijohteita.

Teollinen piikarbidi tuotetaan tyypillisesti Acheson-prosessissa, jossa kvartsihiekkaa kuumennetaan hiililähteiden, kuten petrolikoksin, kanssa korkeissa lämpötiloissa avouunissa, jolloin saadaan joko vihreitä tai mustia jyviä niiden puhtausasteesta riippuen.

SiC on tunnettu erinomaisesta lämmönjohtavuudestaan ja korroosionkestävyydestään. Alhaisen lämpölaajenemiskertoimen, korkean lujuus-kovuus-suhteen, kemiallisen vakauden ja helpon työstettävyyden ansiosta se on ensisijainen raaka-aine monissa teollisissa sovelluksissa, kuten korkealaatuisissa tulenkestävissä materiaaleissa, hioma-aineissa ja keramiikassa [16].

Käsittely

Piikarbidi (SiC) on tekninen keraaminen materiaali, jolla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten kemiallinen inerttiys kaikissa lämpötiloissa, lämpöshokkien kestävyys ja hyvä sintrattavuus. SiC:tä käytetään erilaisissa teknisissä keraamisissa sovelluksissa, kuten uunikalusteiden ja nesteenkäsittelylaitteiden sekä laakereiden ja kulutusosien valmistuksessa. SiC:n muita käyttötarkoituksia ovat muun muassa dieselhiukkassuodattimet ja ballistinen suojaus. Washington Mills tarjoaa murskaus-, jauhatus- ja luokituslaitteita, joilla voidaan tuottaa ANSI-, FEPA- ja JIS-standardien mukaisia raaka-aineita.

SiC-jauheiden raekoko voi vaihdella niiden alkutilasta ja hiililähteestä riippuen. Suosittu SiC-synteesin valmistusprosessi on hiili-terminen pelkistys; tässä yhteydessä seos, joka sisältää yhden moolin SiO2:ta alle 200 mech, reagoi 1,5-3 moolin hiililähteen kanssa; happoliuotus, kuumentaminen ja tuloksena olevan liuoksen reagoiminen poistavat lasihiilen syntymisen.

Kvantitatiivisen XRD-analyysin avulla tuotettuja SiC-jauheita analysoidaan edelleen hiukkasten muodon, rakeisen koostumuksen ja ominaispinta-analyysin avulla. Tärkeitä ominaisuuksia ovat hiukkasten muoto, rakeinen koostumus ja ominaispinta. SiC-hiukkasilla on tyypillisesti litteitä, sirpaleisia rakenteita, joiden reunoilla on dislokaatioverkkoja, mikä on ei-toivottu ominaisuus, joka voi vaikuttaa kielteisesti sintrausprosesseihin.

Ominaisuudet

Piikarbidilla on monia ainutlaatuisia ominaisuuksia, joiden ansiosta sitä voidaan käyttää eri teollisuudenaloilla. Erityisesti se on erittäin kovaa, Mohsin kovuusluokitus on 9. Lisäksi tämä materiaali on kemiallisesti inertti ja tarjoaa hyvän kulutuskestävyyden, lämmönkestävyyden korkeisiin lämpötiloihin asti sekä hyvän vetolujuuden ja alhaisen lämpölaajenemiskertoimen - ominaisuudet, jotka kaikki yhdessä tekevät piikarbidista sopivaa moniin teollisiin käyttötarkoituksiin.

Piikarbidin tuotantoprosesseilla on valtava vaikutus sen ominaisuuksiin ja käyttötarkoituksiin. Edward Goodrich Acheson kehitti Acheson-prosessin, jossa kvartsihiekan, petrolikoksin ja puuhakkeen seosta kuumennetaan erittäin korkeissa lämpötiloissa, jolloin syntyy kemiallisia reaktioita, jotka tuottavat piikarbidikiteitä - nämä kiteet voidaan sitten murskata jauheeksi tai valaa harkoiksi myyntiä varten.

Tätä hiomajauhetta käytetään yleisesti ilmailu- ja avaruusteollisuudessa ja autoteollisuudessa osien hoonaukseen ja laakereihin tarkkojen mittojen ja sileän pinnan saavuttamiseksi, ja sitä käytetään myös keramiikassa, lasinvalmistuksessa sekä teräksen ja muiden metallien tuotannossa. Alter Technology loi tätä materiaalia käyttäen radiopiirin, joka kestää avaruuden ääriolosuhteet.

Sovellukset

Piikarbidikeramiikka on erinomainen oksiditon materiaali, jolla on monia sovelluksia sen kovuuden (Mohsin kovuus > 9), kemiallisen inerttiyden, alhaisen lämpölaajenemiskertoimen ja lämmön- ja iskunkestävyyden ansiosta. Piikarbidia käytetään kulutusta kestävinä osina hioma-aineissa tai kulutusta kestävinä osina kulutusta kestävissä osissa tulenkestävässä keramiikassa sekä puolijohde- ja sähkösovelluksissa sen lämmönjohtavuusominaisuuksien vuoksi.

SiC:n valmistamiseksi valmistajat yhdistävät ensin amorfisen piidioksidin hiileen korkeissa lämpötiloissa - tyypillisesti hiililähteenä käytetään hiilikoksia - ennen kuin se hienonnetaan ja sekoitetaan pieniin määriin bauksiittia, jotta saadaan aikaan esiformi. Sen jälkeen tapahtuu joko typpi- (n-tyypin SiC) tai boori-, alumiini- ja gallium- (p-tyypin SiC) seostaminen halutusta sovelluksesta riippuen.

Tämän jälkeen valmistajat käyttävät tätä aihiota kuutiomuotoisen piikarbidin valmistamiseen joko reaktioyhteyden avulla tai kemiallisella höyrypinnoituksella. Reaktiokytkentä on yleisemmin käytetty lähestymistapa; siinä se kuumennetaan 1410 celsiusasteeseen ja seostetaan typellä tai boorilla n-tyypin piikarbidin tuottamiseksi. Kemiallinen kaasufaasipinnoitus vaatii huomattavasti enemmän energiaa ja laitteita, kun taas reaktiokytkentä vaatii paljon vähemmän.

Johtava puolijohdelaatuinen SiC-jauhe on suunniteltu vastaamaan kolmannen sukupolven n-tyypin johtavien piikarbidiyksinkiteiden kasvattamiseen käytettävien eri menetelmien ainutlaatuisiin kasvutarpeisiin. Tämäntyyppisellä jauheella on optimaalinen hiukkaskokojakauma, jossa on vain vähän huokosia, ja se tarjoaa yli 6N:n puhtausasteen.