როგორ დავამზადოთ სილიციუმის ნახშირბადის ფხვნილები

სილიციუმის ნახშირბადი, რომელიც უფრო გავრცელებულად კარბორუნდუმის სახელითაა ცნობილი, ალმასის მსგავსად მყარი და ძალიან ცვეთაგამძლეა. გარდა ამისა, მისი კერამიკული თვისებები მას მაღალი ტემპერატურისა და ძაბვის პირობებისთვის შესაფერისს ხდის.

Lely პროცესის წარმოების შედეგად მიიღება ფხვნილისებრი მასალა, რომელიც შეიძლება დაჭრეს მოისაიტის ძვირფას ქვებად, ხოლო მწარმოებლები მას ასევე იყენებენ აბრაზიული ნივთებისა და მაღალი სიმყარის მქონე პროდუქტების დასამზადებლად.

წყაროები

სილიციუმის ნახშირბადი (SiC), ასევე ცნობილი როგორც კარბორუნდუმი /krbnm/, არის სილიციუმისა და ნახშირბადის უკიდურესად მყარი ნაერთი, რომელიც ბუნებრივად წარმოიქმნება, როგორც მინერალი მოისანაიტი და 19-ე საუკუნის ბოლოდან მასობრივად იწარმოება, როგორც აბრაზიული საშუალება. SiC-ის მყარ კერამიკად შეკვრამ ან მისი დოპინგმა აზოტით, ფოსფორით, ბერილლიუმით ან ალუმინით, შესაძლებელია n- ან p-ტიპის ნახევარგამტარების მიღება.

სამრეწველო სილიციუმი-კარბიდი, როგორც წესი, აწესონის პროცესით მზადდება, რომელიც გულისხმობს კვარცის ქვიშის გახურებას მაღალ ტემპერატურამდე ღია ღუმელში, ნახშირბადის წყაროების, მაგალითად, ნავთობის კოკის თანდასწრებით. ამ პროცესის შედეგად, მათი სისუფთავის დონის მიხედვით, მიიღება მწვანე ან შავი ფერის მარცვლები.

SiC ცნობილია თავისი უმაღლესი თერმული გამტარობითა და კოროზიისადმი მდგრადობით. დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის, მაღალი სიმტკიცისა და სიმყარის თანაფარდობის, ქიმიური სტაბილურობისა და მექანიკური დამუშავების სიმარტივის გამო, ის წარმოადგენს ძირითად ნედლეულს მრავალ სამრეწველო სფეროში, როგორიცაა მაღალი ხარისხის თერმორეზისტენტული მასალები, აბრაზივები და კერამიკა [16].

დამუშავება

სილიციუმის ნახშირბადი (SiC) არის ტექნიკური კერამიკული მასალა უნიკალური თვისებებით, მათ შორის ქიმიური ინერტულობით ნებისმიერ ტემპერატურაზე, თერმული დარტყმაგამძლეობითა და მაღალი სინტერიზაციის უნარით. SiC გამოიყენება სხვადასხვა ტექნიკურ კერამიკულ სფეროში, მათ შორის ღუმელის აღჭურვილობისა და სითხეებთან მომუშავე მოწყობილობების, ასევე რულმენტებისა და ცვეთადი ნაწილების წარმოებაში. SiC-ის დამატებითი გამოყენების სფეროებია დიზელის ნაწილაკების ფილტრები და ბალისტიკური დაცვა. Washington Mills გთავაზობთ მოჭრის, დაფქვისა და კლასიფიკაციის აღჭურვილობას, რომელიც უზრუნველყოფს ისეთი ნედლეულის წარმოებას, რომელიც შეესაბამება ANSI, FEPA და JIS სტანდარტებს.

SiC-ის ფხვნილი შეიძლება განსხვავდებოდეს მარცვლოვნების ზომით, მისი საწყისი მდგომარეობისა და ნახშირბადის წყაროს მიხედვით. SiC-ის სინთეზის პოპულარული მომზადების პროცესია ნახშირბადით თერმული რედუქცია; ეს გულისხმობს რეაქციას ნარევზე, რომელიც შეიცავს SiO2-ის ერთ მოლს ნაკლებს 200 mech-ზე და ნახშირბადის წყაროს 1.5-3 მოლს; მჟავური გამოდევნა, გაცხელება და მიღებული ხსნარის რეაქცია გამორიცხავს მინისებრი ნახშირბადის წარმოქმნას.

XRD რაოდენობრივი ანალიზის მეშვეობით მიღებული SiC ფხვნილები შემდგომში ანალიზდება მარცვლების ფორმის, გრანულომეტრული შემადგენლობისა და სპეციფიკური ზედაპირის ანალიზის გამოყენებით. მნიშვნელოვან მახასიათებლებს მიეკუთვნება მარცვლების ფორმა, გრანულომეტრული შემადგენლობა და სპეციფიკური ზედაპირი. SiC მარცვლები, როგორც წესი, ბრტყელ, ნაფოტებად სტრუქტურებს წარმოადგენს დეფექტური ქვესტრუქტურებით, რომელთა საზღვრებზეც დისლოკაციური ბადეებია – ეს არასასურველი მახასიათებელია, რომელმაც შეიძლება უარყოფითად იმოქმედოს სინტერინგის პროცესებზე.

მახასიათებლები

სილიციუმის ნახშირბადი გამოირჩევა მრავალი უნიკალური მახასიათებლით, რაც მას სხვადასხვა სამრეწველო სფეროში გამოყენების საშუალებას აძლევს. აღსანიშნავია, რომ ის უკიდურესად მაგარია, მოჰსის სკალით სიმაგრის მაჩვენებელი 9-ია. გარდა ამისა, ეს მასალა ქიმიურად ინერტულია, გამოირჩევა ცვეთამედეგობით, მაღალ ტემპერატურაზე მდგრადობით, ასევე კარგი წელვადობითა და თბური გაფართოების დაბალი კოეფიციენტით — ეს ყველა თვისება ერთად სილიციუმის ნახშირბადს მრავალი სამრეწველო გამოყენებისთვის შესაფერისს ხდის.

სილიციუმის ნახშირბადის წარმოების პროცესები უდიდეს გავლენას ახდენს მის თვისებებსა და გამოყენების სფეროებზე. ედვარდ გუდრიჩ ეჩესონმა შეიმუშავა ეჩესონის პროცესი, რომელიც გულისხმობს კვარცის ქვიშის, ნავთობის კოქსისა და ხის ნაფოტიების ნარევს უაღრესად მაღალ ტემპერატურამდე გაცხელებას ქიმიური რეაქციების გამოწვევის მიზნით, რომლებიც წარმოქმნის სილიციუმის ნახშირბადის კრისტალებს – ეს კრისტალები შემდეგ შეიძლება დაფქვეს ფხვნილად ან ჩამოასხან ბილეთებად გასაყიდად.

ამ აბრაზიულ ფხვნილს ხშირად იყენებენ საავიაციო და საავტომობილო მრეწველობაში ნაწილების მოსაპრიალებლად და გასასუფთავებლად, ზუსტი ზომებისა და გლუვი ზედაპირის მისაღებად. ის ასევე გამოიყენება კერამიკის, მინის, ფოლადისა და სხვა ლითონების წარმოებაში. კომპანია Alter Technology-მ ამ მასალის გამოყენებით შექმნა რადიოსქემა, რომელსაც კოსმოსის ექსტრემალური პირობების ატანა შეუძლია.

განაცხადები

სილიციუმის ნახშირბადის კერამიკა გამორჩეული არაოქსიდური მასალაა, რომელიც თავისი სიხისტის (მოჰსის სიხისტე > 9), ქიმიური ინერტულობის, თბოგამტარობის დაბალი კოეფიციენტისა და როგორც სიცხის, ისე დარტყმისადმი მდგრადობის გამო მრავალ სფეროში გამოიყენება. სილიციუმის ნახშირბადი გამოიყენება აბრაზივებში ცვეთაგამძლე ნაწილებისთვის, ცვეთაგამძლე და თბოიზოლირებულ კერამიკულ მასალებში, ასევე ნახევარგამტარ და ელექტროტექნიკურ სფეროებში მისი თბოგამტარობის თვისებების გამო.

SiC-ის მისაღებად, მწარმოებლები ჯერ მაღალ ტემპერატურაზე აერთიანებენ ამორფულ სილიციუმის დიოქსიდს ნახშირბადთან – ნახშირბადის წყაროდ, როგორც წესი, გამოიყენება ნახშირის კოქსი – შემდეგ წვრილად ფქვავენ და ურევენ მცირე რაოდენობით ბოქსიტს წინასწარი ფორმის (პრეფორმის) მისაღებად. ამის შემდეგ ხდება დოპინგი აზოტის დოპინგით (n-ტიპის SiC) ან ბორის, ალუმინისა და გალიუმის დოპინგით (p-ტიპის SiC), სასურველი გამოყენების მიხედვით.

შემდეგ მწარმოებლები იყენებენ ამ წინასწარ ფორმას კუბური სილიციუმის კარბიდის მისაღებად რეაქციული შეერთების ან ქიმიური ორთქლის ნალექების დაფენის გზით. რეაქციული შეერთება უფრო ხშირად გამოყენებული მეთოდია; ის მოიცავს მის გაცხელებას 1410°C-მდე და აზოტით ან ბორით დადოპვას n-ტიპის SiC-ის მისაღებად. ქიმიური ორთქლის ნალექების დაფენა პროცესისთვის გაცილებით მეტ ენერგიასა და აღჭურვილობას მოითხოვს; რეაქციული შეერთება კი ბევრად ნაკლებს საჭიროებს.

ელექტროგამტარი, ნახევარგამტარული ხარისხის SiC ფხვნილი შექმნილია მესამე თაობის, n-ტიპის, გამტარი სილიციუმის კარბიდის ერთქრისტალური ბირთვების სხვადასხვა მეთოდით ზრდის უნიკალური მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად. ამ ტიპის ფხვნილს აქვს ნაწილაკების ზომის ოპტიმალური განაწილება მცირე რაოდენობის ღრუებით, რაც უზრუნველყოფს 6N-ზე მაღალ სიწმინდეს.