Hogyan készítsünk szilícium-karbid porokat

A szilíciumkarbid, közismertebb nevén karborundum, kemény, mint a gyémánt, és rendkívül kopásálló. Továbbá kerámia tulajdonságai alkalmassá teszik a magas hőmérsékletű és feszültségű környezetekben való alkalmazásra.

A Lely-eljárás eredményeként a gyártás során olyan por alakú anyagot kapunk, amelyet drágakőnek szánt moissanit drágakövekké lehet vágni, de a gyártók csiszolóanyagok és keménységet igénylő termékek gyártásához is felhasználják.

Források

A szilíciumkarbid (SiC), más néven karborundum /krbnm/, a szilícium és a szén rendkívül kemény vegyülete, amely a természetben a moissanit ásvány formájában képződik, és a 19. század vége óta tömegesen gyártják csiszolóanyagként. A SiC kemény kerámiává kötésével vagy nitrogénnel, foszforral, berilliummal vagy alumíniummal történő adalékolásával n- vagy p-típusú félvezetők hozhatók létre.

Az ipari SiC-t általában az Acheson-eljárás során állítják elő, amelynek során a kovahomokot szénforrással, például kőolajkokszal együtt magas hőmérsékleten, nyitott kemencében hevítik, és a tisztasági szinttől függően zöld vagy fekete színű szemcséket kapnak.

A SiC kiváló hővezető képességéről és korrózióállóságáról ismert. Alacsony hőtágulási együtthatója, nagy szilárdság/szilárdság aránya, kémiai stabilitása és könnyű megmunkálhatósága miatt számos ipari alkalmazásban, mint például a magas minőségű tűzálló anyagok, csiszolóanyagok és kerámiák elsődleges nyersanyagaként szolgál [16].

Feldolgozás

A szilíciumkarbid (SiC) egy olyan műszaki kerámiaanyag, amely egyedülálló tulajdonságokkal rendelkezik, többek között minden hőmérsékleten kémiai inertitással, hőállósággal és nagyfokú szinterezhetőséggel. A SiC-et különböző műszaki kerámia alkalmazásokban használják, többek között kemencebútorok és folyadékkezelő berendezések, valamint csapágyak és kopóalkatrészek gyártásánál. A SiC további felhasználási területei közé tartoznak a dízel részecskeszűrők és a ballisztikai védelem. A Washington Mills olyan zúzó, őrlő és osztályozó berendezéseket kínál, amelyek képesek az ANSI, FEPA és JIS szabványoknak megfelelő nyersanyagok előállítására.

A SiC porok szemcsemérete a kiindulási állapotuktól és a szénforrástól függően változhat. A SiC szintézisének népszerű előkészítési folyamata a szén-termikus redukció; ez azt jelenti, hogy egy mól 200 mech-nél kevesebb SiO2-t tartalmazó keveréket 1,5-3 mól szénforrással reagáltatnak; a kapott oldat savas kioldása, melegítése és reakcióba hozása megszünteti az üvegszén keletkezését.

Az XRD kvantitatív elemzéssel előállított SiC porok további elemzése a részecskeforma, a granulometriai összetétel és a fajlagos felületelemzés segítségével történik. A fontos jellemzők közé tartozik a részecskeforma, a granulometriai összetétel és a fajlagos felület. A SiC-részecskék jellemzően lapos, szálkás szerkezetet mutatnak, amelynek hibás alszerkezetét a határaikon lévő diszlokációs rácsok jellemzik - ez egy nemkívánatos tulajdonság, amely negatívan befolyásolhatja a szinterelési folyamatokat.

Jellemzők

A szilíciumkarbid számos olyan egyedi tulajdonsággal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik, hogy különböző ipari területeken alkalmazzák. Nevezetesen, hogy rendkívül kemény, Mohs-féle keménységi besorolása 9. Ezenkívül ez az anyag kémiailag inert, és nagy kopásállóságot, magas hőmérsékletig tartó hőállóságot, valamint jó szakítószilárdságot és alacsony hőtágulási együtthatót biztosít - ezek a tulajdonságok együttesen teszik alkalmassá a szilíciumkarbidot számos ipari felhasználásra.

A szilíciumkarbid gyártási folyamatai óriási hatással vannak a tulajdonságaira és felhasználására. Edward Goodrich Acheson fejlesztette ki az Acheson-eljárást, amelynek során kvarc-homok, petróleumkoksz és faforgács keverékét rendkívül magas hőmérsékleten hevítik, hogy kémiai reakciókat idézzenek elő, amelyek során szilíciumkarbid-kristályok keletkeznek - ezeket a kristályokat ezután porrá lehet zúzni, vagy eladás céljából ingotokká lehet önteni.

Ezt a csiszolóport a repülőgépipar és az autóipar általánosan alkalmazza a pontos méretek és sima felületek eléréséhez szükséges alkatrészek élezésére és simítására, de a kerámiaiparban, az üveggyártásban, valamint az acél és más fémek gyártásában is használják. Az Alter Technology olyan rádióáramkört készített ebből az anyagból, amely ellenáll az űrben uralkodó szélsőséges körülményeknek.

Alkalmazások

A szilíciumkarbid-kerámia kiváló nemoxidos anyag, amely keménysége (Mohs-keménység > 9), kémiai inertitása, alacsony hőtágulási együtthatója, valamint hő- és ütésállósága miatt sokféleképpen alkalmazható. A szilícium-karbid kopásálló alkatrészként csiszolóanyagokban vagy kopásálló alkatrészként kopásálló alkatrészekben tűzálló kerámiákban, valamint félvezető és elektromos alkalmazásokban talál felhasználásra hővezető tulajdonságai miatt.

A SiC előállításához a gyártók először az amorf szilícium-dioxidot magas hőmérsékleten szénnel kombinálják - jellemzően szénkoksz a szénforrás -, majd finomra őrlik és kis mennyiségű bauxittal keverik, hogy előformát alkossanak. Miután donozásra kerül sor, vagy nitrogénnel (n-típusú SiC), vagy bórral, alumíniummal és galliummal (p-típusú SiC) történő adalékolásra, a kívánt alkalmazástól függően.

A gyártók ezt az előformát aztán felhasználják a kocka alakú szilíciumkarbid előállításához, reakcióval vagy kémiai gőzfázisú leválasztással történő összekapcsolás útján. A reakcióval történő kötés a leggyakrabban alkalmazott módszer; ez 1410 °C-ra történő hevítést és nitrogénnel vagy bórral történő adalékolást jelent az n-típusú SiC előállításához. A kémiai gőzfázisú leválasztáshoz lényegesen több energiára és berendezésre van szükség; a reakcióval történő kötés sokkal kevesebbet igényel.

A vezető félvezető minőségű SiC port úgy tervezték, hogy megfeleljen a harmadik generációs n-típusú vezető szilíciumkarbid egykristályok növesztésére szolgáló különböző módszerek egyedi növekedési igényeinek. Ez a fajta por optimális szemcseméret-eloszlással rendelkezik, kevés üreggel, és a termék tisztasági szintje meghaladja a 6N-t.