სილიციუმ-ნახშირბადის ფხვნილები, რომლებიც რევოლუციას ახდენენ მაღალტემპერატურულ საწარმოო პროცესებში

სილიციუმის ნახშირბადის (SiC) აბრაზივები მრავალფეროვანი მარცვლოვნებით გვხვდება და ხშირად გამოიყენება როგორც შეკრული, ისე დაფარული აბრაზივები. მიუხედავად იმისა, რომ SiC ბუნებრივად გვხვდება მოისანაიტის მინერალებში, მისი წარმოებისას უმეტესად გამოიყენება ეშონის პროცესი ან ქიმიური აირის ნალექის ტექნოლოგია.

მდგრადობა მაღალ ტემპერატურასთან, მაღალი თბოგამტარობა და კოროზიისადმი მდგრადობა მას იდეალურ მასალად აქცევს ღუმელის საფარის, კრუსიბლებისა და ფოლადის მეტალურგიის სხვა კომპონენტებისთვის.

გაუმჯობესებული სინთეზის მეთოდები

სილიციუმის ნახშირბადი ფართოდ არის ცნობილი თავისი უმაღლესი სიხისტით (მას მხოლოდ ალმასი და კუბური ბორ-ნიტრიდი აღემატება), მაღალი სიმტკიცით, ქიმიური სტაბილურობითა და ტემპერატურული მდგრადობით – თვისებები, რომლებიც მას კერამიკისა და თბოამტანი მასალების წარმოებისთვის მთავარ მასალად აქცევს. გარდა ამისა, სილიციუმის ნახშირბადი ფართოდ გამოიყენება მაღალწარმოებად ელექტრონულ მოწყობილობებში – კერძოდ, ძალოვანი ნახევარგამტარების, მეტალოქსიდური ნახევარგამტარების ველური ტრანზისტორებისა (MOSFET) და იზოლირებული ჭიშკრის ორმუხლიანი ტრანზისტორების (IGBT) დასამზადებლად.

მწარმოებლები სილიციუმის ნახშირბადს იღებენ სილიციუმის დიოქსიდის ქვიშისა და კოქსის ნარევის გაცხელებით უკიდურესად მაღალ ტემპერატურაზე, სანამ მათი ქიმიური რეაქცია, რომელიც ცნობილია როგორც SiC-ის სინთეზი, არ წარმოქმნის კრისტალიზებულ ფორმებს, რომლებიც მათი სისუფთავის დონის მიხედვით ცნობილია როგორც მწვანე ან შავი SiC. წარმოების შემდეგ, SiC-ის შემდგომი გადამუშავება შესაძლებელია სხვადასხვა სინთეზური მეთოდით, როგორიცაა ეშონის სქემა, ნახშირბად-თერმული რედუქცია და თხევადი პოლიმერის თერმული დეკომპოზიცია, რათა მიიღოთ კონკრეტული გამოყენებისთვის მორგებული ნაწილაკების ზომები. ყველა ეს პროცესი მოითხოვს ენერგოინტენსიურ გაცხელებას, რომელიც უნდა მიაღწიოს რეაქციის ტემპერატურას კრისტალიზებული SiC-ის კრისტალების წარმოსაქმნელად, სანამ საჭირო იქნება მჟავური გარეცხვა და შრობა, რის შემდეგაც პროდუქტი საბოლოო ფორმას იღებს.

ავტომატიზაცია

სილიციუმის ნახშირბადის წარმოება იწყება ფხვნილ მდგომ ნახშირბადისა და კვარცის შერევით, რასაც მოჰყვება გრაფიტის ბირთვის მეშვეობით ელექტროენერგიის მიწოდება მის გასაცხელებლად, სანამ არ მიიღება გამდნარი სილიციუმის ნახშირბადი (SiC) – ეს პროცესი ცნობილია, როგორც ეშის პროცესი.

მას შემდეგ, რაც ნედლეული მზად იქნება, ფხვნილისგან საგების დასამზადებლად შესაძლებელია სხვადასხვა ტექნიკის გამოყენება. ფორმის მიღების შემდეგ, ეს საგები გადის შემდგომი დამუშავების ეტაპებს, როგორიცაა მექანიკური დამუშავება და ზედაპირის დაფარვა, რაც უზრუნველყოფს მათ გამძლეობას და მდგრადობას ქიმიური კოროზიის მიმართ მაღალ ტემპერატურებზე.

შავი სილიციუმ-კარბიდის ფხვნილი, თავისი გამორჩეული სიმყარისა და უმაღლესი თერმული გამტარობის წყალობით, სულ უფრო პოპულარული მასალაა აბრაზიული პროდუქტების, როგორიცაა სახეხი ბორბლები და საჭრელი ინსტრუმენტები, წარმოებისთვის. გარდა ამისა, ეს მასალა გამოიყენება ნახევარგამტარებისა და დიოდების წარმოების პროცესებში ელექტრონიკის ინდუსტრიაში. მისი მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობა კი შესაფერისს ხდის მას მდგრადი მასალების დასამზადებლად, რომლებიც გამოიყენება სამშენებლო ან მეტალურგიულ ღუმელებში, მწველებსა და სახარში კოვზებში.

მაღალ ტემპერატურაზე დამუშავება

სილიციუმის ნახშირბადის ფხვნილი გამოირჩევა შესანიშნავი მექანიკური თვისებებით, რაც მას მაღალტემპერატურული გამოყენებისთვის შესაფერისს ხდის. მისი სიმყარე და ცვეთაგამძლეობა მას განსაკუთრებით ცვეთაგამძლეს ხდის, ხოლო თერმული სტაბილურობა, ქიმიური მდგრადობა და ელექტრული გამტარობა მას ასევე ძალიან მოთხოვნადს აქცევს.

ამ მასალის წარმოება გულისხმობს სილიციისა და კოქსის ნარევის გახურებას ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე სპეციალურ ღუმელში, რის შედეგადაც ხდება მათი რეაქცია და წარმოიქმნება სილიციუმის ნახშირბადის დიდი კრისტალები.

სილიციუმის ნახშირბადის ფორმირების შემდეგ, ის უნდა დაიბანოს უმწვანეოების მოსაშორებლად, სანამ გაშრება სხვადასხვა ტექნიკის გამოყენებით, როგორიცაა ცხელი ჰაერით, ვაკუუმით ან მიკროტალღური გაშრობა.

გამშრალების შემდეგ, სილიციუმის კარბიდი იფქვება, ირჩევა, კვლავ იფქვება და მუშავდება კონკრეტული გამოყენებისთვის. საბოლოო შედეგია შტამპი, რომელსაც შემდგომ ენიჭება სასურველი ფორმა ინდივიდუალური სპეციფიკაციების შესაბამისად – მაგალითად, მწარმოებლები ამ შტამპს ქმნიან სანთურის ნაზალებისთვის, რაც საწვავის ატომიზაციის მაქსიმალური ეფექტურობის უზრუნველყოფის განუყოფელი კომპონენტია.

მდგრადობა

სილიციუმ-ნახშირბადის ფხვნილი რთულ საწარმოო პირობებში გამოირჩევა თავისი შთამბეჭდავი თვისებებით, როგორიცაა წარმოუდგენელი სიხისტე, შესანიშნავი თბოგამტარობა და კოროზიისადმი მდგრადობა. ამიტომ, ეს მასალა დიდი ხანია გამოიყენება აბრაზივებისა და ელექტრონიკის წარმოებაში, მათ შორის, ლითონებისა და კერამიკული ფილების დასამუშავებლად, საჭრელად და გასაპრიალებლად.

თავისი გამორჩეული სიმტკიცისა და სიმკვეთრის გამო, ალმასი ფართოდ გამოიყენება აბრაზივების ინდუსტრიაში სახეხი ბორბლებისა და საჭრელი დისკების დასამზადებლად. ელექტრონული წარმოების კომპანიებიც ასევე აქტიურად იყენებენ მას მისი შესანიშნავი თბოგამტარობის თვისებებისა და ცვეთისადმი მდგრადობის გამო.

სილიციუმის ნახშირბადის წარმოება შესაძლებელია ეკოლოგიურად პასუხისმგებლიანი მეთოდებით, განახლებადი ენერგიის წყაროებისა და ნარჩენების აღდგენის სისტემების გამოყენებით, სათბურის აირების ემისიების მინიმიზაციის მიზნით. ასეთი პრაქტიკების დანერგვით, მწარმოებლებს შეუძლიათ შეამცირონ ენერგიის მოხმარება და ამავდროულად ოპერაციული ხარჯები — რაც განსაკუთრებით აქტუალურია ენერგიის მზარდი ფასების პირობებში.