אבקות קרביד סיליקון המהפכות את חוזק הקרמיקה

קרביד סיליקון (SiC) הוא חומר קרמי אינרטי וקשה בעל תכונות פיזיקליות יוצאות דופן. הוא משמש בחומרים עמידים באש ובחומרי ליטוש בשל קשיחותו, וכן ביישומים בטמפרטורות גבוהות שבהם יציבות תרמית ועמידות בפני שחיקה הן גורמים מכריעים.

רק יהלום ובורון קרביד קשים יותר מ-SiC. כאשר הוא בעל טוהר גבוה, SiC יכול להיראות חסר צבע; אחרת, הוא עלול לקבל גוונים שחורים כאשר הוא מיוצר בשיטת Lely.

קשיות

קרביד סיליקון — המכונה לרוב קרבורונדום — הוא תרכובת כימית קשה במיוחד המורכבת מסיליקון ופחמן, המופיעה בטבע רק לעיתים רחוקות כמויסנייט; עם זאת, מאז סוף המאה ה-19 מייצרים אותה בייצור המוני בצורת אבקה ובצורת גבישים.

קרביד סיליקון שחור (SiC) משמש לעתים קרובות בחומרי ליטוש בשל תכונותיו הקשות ועמידותו בפני שחיקה. בנוסף, SiC משמש גם כחלק מריפודים עמידים בחום, גופי חימום/אלמנטים מחממים/כלי חיתוך/ומצעים מוליכים למחצה המשמשים בנוריות LED ובמכשירים חשמליים.

קרביד סיליקון מלוכד בניטריד (NB SiC) מיוצר בתהליך המכונה ניטרידציה, שבו גרגרי SiC גולמיים מחוממים ומעורבבים עם תרכובות המכילות חנקן ליצירת חומר מרוכב צפוף וחזק מבחינה מכנית. בנוסף, צורה זו של קרביד סיליקון בעלת עמידות מצוינת בפני הלם תרמי, המאפשרת לה לעמוד בשינויי טמפרטורה מהירים מבלי להיסדק או להתפורר לאורך זמן.

כוח

קרביד סיליקון הוא אחד מחומרי הקרמיקה הלא-חמצניים החזקים ביותר, המתהדר בדרגת קשיות Knoop יוצאת דופן בין יהלום לניטריד בורון מעוקב, המעניקה לו עמידות בפני בלאי לטווח ארוך וחוזק לעמידה בטמפרטורות ולחצים קיצוניים.

אבקת SiC שחורה נמצאת בשימוש נרחב בתעשיות הרכב והחלל לצורך ליטוש, הברקה והחלקת חלקי מתכת וקרמיקה למידות מדויקות עם גימור חלק. בשל חוזקה הגבוה יותר מזה של יהלום, חומר שוחק זה נבחר לעתים קרובות על פני מתחריו.

סיליקון קרביד מלוכד בתגובה (RB SiC) מיוצר על ידי הזרקת סיליקון מותך לחומר פחמן נקבובי המעוצב בצורת החלק הרצוי, וכתוצאה מכך מתקבל קרמיקה מבנית בעלת ביצועים גבוהים, עמידה בפני חומרים כימיים ומקדם התפשטות תרמית נמוך. RB SiC ניתן למצוא במשאבות ובאטמים מכניים, במיסבים וברכיבים גדולים יותר המועדים לבלאי.

קשיחות

קרביד סיליקון הוא אחד משלושת החומרים הקשים ביותר על פני כדור הארץ, שני רק ליהלום ולקרביד בורון. בשל קשיות מדהימה זו, קרביד סיליקון יכול לעמוד בלחץ קיצוני ובמאמץ מכני, מה שהופך אותו מתאים לרכיבים בתחום התעופה והחלל, ליישומים בתחום הרכב ולכלי חיתוך.

קרמיקה בעלת ביצועים גבוהים עמידה מאוד בפני קורוזיה ובלאי, ויכולה לעמוד בשינויי טמפרטורה מהירים מבלי להיסדק או להתעוות. בנוסף, ניתן לעבד אותה לקרמיקה פונקציונלית, חומרים עמידים בחום מתקדמים ואפילו חומרי ליטוש לשימוש.

אבקת קרביד סיליקון שחור (SiCp) היא כלי חיוני להחלקת, ליטוש וליטוש מתכת, קרמיקה וזכוכית לקבלת מידות מדויקות ומשטחים חלקים. בנוסף לשימוש כחומר שוחק, SiC יכול לשמש גם כחומר נוגד חמצון בייצור פלדה ובתי יציקה, וכן כחומר עמיד בטמפרטורות גבוהות בבתי יציקה. סוגים אחרים של SiC כוללים קרביד סיליקון מלוכד ניטריד (NB SiC) וקרביד סיליקון ניטריד מלוכד בתגובה (SRBSN); תהליכים אלה מייצרים SRBSN באמצעות חימום בתנור התנגדות.

עמידות בחום

קרביד סיליקון הוא חומר אידיאלי ליישומים הדורשים עמידות וקשיות קיצוניות, כגון בלמי מכוניות או לוחות קרמיקה המשמשים באפודי מגן. בנוסף, לחומר זה תכונות עמידות כימית מצוינות והוא יכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות מבלי להתמוסס.

מויסנייט הוא אחד החומרים הסינתטיים הקשים ביותר, עם דירוג קשיות מוס של 9, הדומה לזה של יהלום. אמנם הוא קיים בטבע כמינרל נדיר בשם מויסנייט, אך בתהליכי הייצור ההמוני נעשה שימוש באבקת סיליקון ואבקת פחמן בתהליכי סינטור לייצור המוני של חומר סינתטי קשה זה.

חוזק קרביד הסיליקון גדל באמצעות חישול עקב קשרי מימן של משטחים לא קוטביים, והוא שימושי כחומר מפרק חמצן בייצור פלדה על ידי עידוד תהליך הפחמת הפלדה והגברת קצב ההחזר של יסודות הסגסוגת. בשל היציבות התרמית והאינרטיות הכימית שלו, רכיבי קרביד הסיליקון בציוד לעיבוד פרוסות מוליכים למחצה מבטיחים ביצועים אמינים גם בסביבות בטמפרטורות גבוהות.

מוליכות

אבקות קרביד סיליקון מציעות שילוב אידיאלי של קשיות ומוליכות כאשר הן משמשות כחומר שוחק או ברכיבים קרמיים עמידים בפני שחיקה, כמו גם בחיבור באמצעות סינטור ליצירת מוצרי קרמיקה תעשייתיים בעלי ביצועים גבוהים.

קרמיקה מקרבון סיליקון הפכה לאחד מחומרי הקרמיקה המבוקשים ביותר כיום בשל תכונותיה המדהימות, הכוללות עמידות גבוהה במיוחד בפני קורוזיה, יציבות תרמית ועמידות בחום – תכונות שהפכו אותה לאחת הבחירות העיקריות עבור רפידות בלמים לרכב וצלחות מגן לאפודי מגן. קרבון סיליקון מספק חוזק ועמידות תרמית כאחד.