Кремний карбиді ұнтақтары керамиканың беріктігін төңкеріп жатыр

Кремний карбиді (SiC) – бейтарап, қатты керамикалық материал, ерекше физикалық қасиеттері бар. Қаттылығы жоғары болғандықтан отқа төзімді және абразивті материалдарда, сондай-ақ жылу тұрақтылығы мен тозуға төзімділік аса маңызды жоғары температуралы қолданбаларда қолданылады.

SiC-тен тек алмаз бен бор карбиді қаттырақ. Жоғары тазалықта болғанда SiC түссіз көрінуі мүмкін; ал Лейли әдісімен өндірілгенде ол қара түсті реңктерге ие болуы мүмкін.

Қаттылық

Кремний карбиді — көбінесе карборунд деп аталатын — кремний мен көміртектен құралған аса қатты химиялық қосылыс, табиғатта сирек моissanite түрінде кездеседі; алайда XIX ғасырдың соңынан бастап оны ұнтақ та, кристаллдық күйде де жаппай өндіру жүзеге асырылады.

Қара кремний карбиді (SiC) қатты және тозуға төзімді қасиеттеріне байланысты абразивті материалдарда жиі қолданылады. Сонымен қатар, SiC отқа төзімді қаптамаларда, қыздырғыштарда/қыздыру элементтерінде, кескіш құралдарда және LED-тер мен қуат құрылғыларында қолданылатын жартылай өткізгіш субстраттарда да кездеседі.

Нитридтік байланысқан кремний карбиді (NB SiC) нитридтеу деп аталатын үдеріс арқылы өндіріледі, онда шикі SiC түйіршіктері қыздырылып, азотты қосылыстармен араластырылып, тығыз әрі механикалық тұрғыдан берік композиттік материал түзеді. Сонымен қатар, бұл кремний карбидінің түрі жылу соққысына төзімділігі жоғары, сондықтан ол тез температуралық өзгерістерге жарықсыз және ыдырамай төтеп бере алады.

Күш

Кремний карбиді – оксидсіз керамикалық материалдардың ең берік түрінің бірі, алмаз бен кубтық бор нитриді аралығындағы ерекше жоғары Knoop қаттылық көрсеткішімен сипатталады, бұл ұзақ мерзімді тозуға төзімділік пен экстремалды температуралар мен кернеулерге төтеп беру қабілетін қамтамасыз етеді.

Қара SiC ұнтағы автомобиль және авиағарыш өнеркәсіптерінде металл мен керамика бөлшектерін ұнтақтау, жылтырату және лаптау арқылы дәл өлшемдерге және тегіс беткейлерге жеткізу үшін кеңінен қолданылады. Алмазға қарағанда жоғары беріктігіне байланысты бұл абразивтік материал көбінесе бәсекелесіне қарағанда таңдалады.

Реакциялық байланысқан кремний карбиді (RB SiC) қажетті бөлшек пішініндегі қуысты көміртек материалына балқытылған кремнийді енгізу арқылы өндіріледі, нәтижесінде жоғары өнімді, химиялық төзімді, жылумен кеңею коэффициенті төмен құрылымдық керамика алынады. RB SiC сорғылар мен механикалық тығыздағыштарда, мойынтіректерде және тозуға төзімді ірі компоненттерде кездеседі.

Шыдамдылық

Кремний карбиді – жер бетіндегі ең қатты үш заттың бірі, тек алмаз бен бор карбидінен кейінгі орында. Осы керемет қаттылық арқасында кремний карбиді аса жоғары қысым мен механикалық кернеуге төтеп бере алады, сондықтан ол авиациялық компоненттерге, автомобиль өнеркәсібіне және кесу құралдарына жарамды.

Жоғары өнімді керамика коррозияға және тозуға өте төзімді, сондай-ақ жарықсыз және деформацияланбай тез температуралық өзгерістерге шыдайды. Сонымен қатар оны функционалдық керамикаға, озық отқа төзімді материалдарға және тіпті абразивтерге өңдеуге болады.

Қара кремний карбиді ұнтағы (SiCp) металл, керамика және шыны беттерін дәл өлшемдерге және тегіс беттерге өңдеу, лаптеу және жылтырату кезінде маңызды құрал болып табылады. Абразивті материал ретінде қолданылумен қатар, SiC болат өндіру және құйма цехтарда тотқа қарсы зат ретінде, сондай-ақ жоғары температураға төзімді материал ретінде де қызмет ете алады. SiC-тің басқа түрлеріне нитридтік байланысқан кремний карбиді (NB SiC) және реакциялық байланысқан кремний карбиді нитриді (SRBSN) жатады; бұл процестер SRBSN-ді кедергілі пеште қыздыру арқылы өндіреді.

Жылуға төзімділік

Кремний карбиді автокөлік тежегіштері немесе бронежилеттегі керамикалық тақтайшалар сияқты аса төзімділік пен қаттылықты талап ететін қолданбалар үшін мінсіз материал болып табылады. Сонымен қатар, бұл материал тамаша химиялық төзімділік қасиеттеріне ие және жоғары температураға шыдап, балқымайды.

Мойсанаит – ең қатты синтетикалық материалдардың бірі, Моос бойынша қаттылық көрсеткіші 9 балл, алмазбен тең. Табиғатта сирек кездесетін мойсанаит минералы ретінде де кездессе де, осы қатты синтетикалық затты жаппай өндіру үшін ұнтақталған кремний мен көміртек ұнтақтарын синтeрлеу әдісі арқылы пайдаланады.

Кремний карбидінің беріктігі полярлық емес беттердегі сутегі байланыстарының арқасында аннелдену кезінде артады және болат өндіруде деоксидтеуші ретінде, карбуризацияны ынталандырып, қорытпа элементтерін қалпына келтіру көрсеткішін арттыра отырып пайдалы. Өздерінің термиялық тұрақтылығы мен химиялық бейтараптылығы арқасында жартылай өткізгіш вафляларды өңдеуге арналған кремний карбидінен жасалған компоненттер жоғары температуралы ортада да сенімді жұмыс істеуді қамтамасыз етеді.

Өткізгіштік

Кремний карбиді ұнтақтары абразив ретінде немесе тозуға төзімді керамикалық компоненттерде қолданылғанда қаттылық пен өткізгіштіктің мінсіз үйлесімін ұсынады, сондай-ақ жоғары өнімді өнеркәсіптік керамикалық өнімдер жасау үшін синтерлеу арқылы біріктіріледі.

Кремний карбиді керамикасы бүгінгі таңда ең сұранысқа ие керамикалық материалдардың біріне айналды, себебі оның ерекше қасиеттері – аса беріктік пен коррозияға төзімділіктен бастап жылу тұрақтылығы мен жоғары температураға шыдамдылыққа дейін – оны тұтынушылық автомобиль тежегіш колодкалары мен бронежилет тақтайшалары үшін басты таңдаулардың біріне айналдырды. Кремний карбиді беріктік пен жылуға төзімділікті қамтамасыз етеді.