Hvernig á að búa til kísilkarbíðduft

Kísilkarbíð, oftar nefnt karborundum, er hart eins og demantur og mjög slitþolið. Ennfremur gera keramískir eiginleikar þess það hentugt í háhita- og háspennuumhverfi.

Lely-ferlaverksmiðja framleiðir duft sem hægt er að skera í moissanít-gullsteina til notkunar sem skartgripasteinar, en framleiðendur nota það einnig við framleiðslu slípivara og vara sem krefjast hörku.

Heimildir

Kísilkarbíð (SiC), einnig kallað karborundum, er afar hart efnasamband kísils og kolefnis sem myndast náttúrulega sem steinefnið moissanít og hefur verið framleitt í stórum stíl sem slípiefni frá síðari hluta 19. aldar. Með því að binda SiC saman í harða keramík eða dýfa því í nitrogens, fosfór, beryllíum eða ál myndast annaðhvort n- eða p-gerð hálfleiðara.

Iðnaðar-SiC er venjulega framleitt með Acheson-ferlinu, sem felst í því að hita kísilsand með kolefnisuppsprettum eins og olíukóki við háan hita í opnum ofni, og framleiðir grænar eða svartar korn eftir hreinleikastigi þeirra.

SiC er þekkt fyrir framúrskarandi varmaleiðni og tærunarþol. Með lágu varmastrekkjavísitölu, háu styrk-/hörkuhlutfalli, efnafræðilegri stöðugleika og auðveldri vélrænni vinnslu þjónar það sem aðalhráefni í mörgum iðnaðarumsóknum, svo sem í hágæða varmaþolnum efnum, slípiefnum og keramik [16].

Vinnsla

Kísilkarbíð (SiC) er tæknileg keramísk efni með einstaka eiginleika, þar á meðal efnafræðilega óvirka við öll hitastig, viðnám gegn varmaskoki og mikla sementunarmöguleika. SiC er notað í ýmsum tæknilegum keramikumsóknum, þar á meðal við framleiðslu ofnbúnaðar og búnaðar til flutnings vökva, sem og legur og slitvara. Að auki er SiC notað í dísilagnasíur og skotvarnir. Washington Mills býður upp á búnað til mölunar, mölun og flokkunar sem getur framleitt hráefni sem uppfylla ANSI-, FEPA- og JIS-staðla.

SiC-duft getur verið mismunandi að kornastærð eftir upphaflegu ástandi og kolefnisuppsprettu. Algengur undirbúningsferill fyrir SiC-framleiðslu er kolefnis-hitabrotnun; hann felur í sér að láta blöndu sem inniheldur eitt mol af SiO2 undir 200 mech og 1,5–3 mol af kolefnisuppsprettu bregðast saman; sýruútdráttur, upphitun og viðbrögð við myndaðri lausn koma í veg fyrir myndun glerkolefnis.

SiC-duft sem framleitt er með XRD-magnrannsókn er greint nánar með greiningu á kornformi, kornastærðarsamsetningu og sérstökum yfirborðsflötum. Mikilvæg einkenni eru kornform, kornastærðarsamsetning og sérstök yfirborðsflatarmál. SiC-korn sýna yfirleitt flata, flísakennda uppbyggingu með gölluðum undirbyggingum sem einkennast af aflögunarröðum á brúnum þeirra – óæskilegt einkenni sem gæti haft neikvæð áhrif á brennsluferli.

Eiginleikar

Kísilkarbíð býður upp á marga einstaka eiginleika sem gera það hentugt í ýmsum iðnaðargreinum. Það er sérstaklega hart, með Mohs-hörku 9. Einnig er efnið efnafræðilega óvirkt, býður upp á mikla slitspörð, hitaþol upp að háum hitastigum, góða togstyrk og lágan varmarþensluþátt – eiginleikar sem gera kísilkarbíð hentugt í margvíslegum iðnaðarnotkunum.

Framleiðsluferlar kísilkarbíðs hafa gífurleg áhrif á eiginleika þess og notkunarmöguleika. Edward Goodrich Acheson þróaði Acheson-ferlið, sem felst í því að hita blöndu af kvarsandi, olíukóki og viðarspónum upp á afar háan hita til að framkalla efnahvarf sem myndar kísilkarbíðskristalla – þessir kristallar eru síðan malaðir niður í duft eða steyptir í kúlur til sölu.

Þetta slípiduft er gjarnan notað í geim- og bifreiðaiðnaði til slípunar og sléttunar hluta til að ná nákvæmum víddum og sléttum yfirborðum, en það er einnig notað í keramík, glerframleiðslu og framleiðslu stáls og annarra málma. Alter Technology bjó til útvarpsrás með þessu efni sem þolir öfgakenndar aðstæður í geimnum.

Forritanir

Kísilkarbíðkeramík er framúrskarandi óoxíðefni með fjölbreytta notkunarmöguleika vegna hörku (Mohs-hörkur > 9), efnafræðilegrar óvirkni, lágs varmaræsingastuðuls og viðnáms gegn bæði hita og árekstri. Kísilkarbíð er notað sem slitþolir í slípiefnum eða sem slitþolir í öðrum slitþolnum keramikhlutum og í hitaþolnum keramikhlutum, auk þess sem það nýtist í hálfleiðara- og rafmagnsforritum vegna varmaleiðni.

Til að framleiða SiC blanda framleiðendur fyrst óreglulegri kísli við kolefni við háan hita – yfirleitt kolkoks sem kolefnisuppspretta – áður en efnið er malað fínt og blandað við lítið magn bauxíts til að mynda forform. Þegar dopun fer fram, hvort sem um er að ræða nítrógen-dopun (n-gerð SiC) eða dopun með bór, ál og gallíum (p-gerð SiC), fer það eftir fyrirhugaðri notkun.

Framleiðendur nota síðan þessa formynd til að framleiða kubíska kísilkarbíð annaðhvort með tengingu viðbragða eða efnaufurðasetningu. Tenging viðbragða er algengari aðferð; hún felur í sér að hita formyndina upp í 1410 °C og dopa hana með köfnunarefni eða bór til að framleiða n-gerð SiC. Efnaufurðasetning krefst mun meiri orku og búnaðar í ferlinu; tenging viðbragða krefst mun minna.

Leiðandi, hálfleiðaragæð SiC-duft er hannað til að mæta sérstökum vaxtarþörfum ýmissa aðferða við ræktun þriðju kynslóðar n-gerðar leiðandi kísilkarbíð-einfarða. Þetta duft hefur kjörna agastærðardreifingu með fáum holrýmum og býður upp á hreinleikastig sem fara yfir 6N.