Kaip gaminti silicio karbido miltelius

Silicio karbidas, dažniau vadinamas karborundu, yra kietas kaip deimantas ir labai atsparus dilimui. Be to, dėl savo keraminių savybių jis tinka naudoti aukštos temperatūros ir įtampos aplinkoje.

Lely proceso metu gaunami milteliai, kurie gali būti supjaustyti į moisanito brangakmenius, skirtus naudoti kaip brangakmenius, o gamintojai taip pat naudoja juos abrazyvinių daiktų ir gaminių, kuriems reikia kietumo, gamybai.

Šaltiniai

Silicio karbidas (SiC), dar žinomas kaip karborundas (karborundum /krbnm/), yra itin kietas silicio ir anglies junginys, kuris natūraliai susidaro kaip mineralas moisanitas, o nuo XIX a. pabaigos masiškai gaminamas kaip abrazyvas. Sujungus SiC į kietą keramiką arba jį dopinguojant azotu, fosforu, beriliu ar aliuminiu galima sudaryti n arba p tipo puslaidininkius.

Pramoninis SiC paprastai gaminamas Achesono procesu, kai kvarcinis smėlis su anglies šaltiniais, pavyzdžiui, naftos koksu, kaitinamas atviroje krosnyje aukštoje temperatūroje ir, priklausomai nuo grynumo lygio, gaunami žalios arba juodos spalvos grūdeliai.

SiC pasižymi puikiu šilumos laidumu ir atsparumu korozijai. Dėl mažo šiluminio plėtimosi koeficiento, didelio stiprumo ir kietumo santykio, cheminio stabilumo ir lengvo apdirbimo jis yra pagrindinė žaliava daugelyje pramonės sričių, pavyzdžiui, aukštos kokybės ugniai atsparioms medžiagoms, abrazyvams ir keramikai [16].

Apdorojimas

Silicio karbidas (SiC) yra techninė keraminė medžiaga, pasižyminti unikaliomis savybėmis, įskaitant cheminį inertiškumą esant bet kokiai temperatūrai, atsparumą terminiams smūgiams ir didelį sukepinamumą. SiC naudojamas įvairiose techninės keramikos srityse, įskaitant krosnių baldų ir skysčių tvarkymo įrangos, taip pat guolių ir dylančių dalių gamybą. Papildomai SiC naudojamas dyzelinių variklių kietųjų dalelių filtruose ir balistinėje apsaugoje. Bendrovė "Washington Mills" siūlo smulkinimo, šlifavimo ir klasifikavimo įrangą, iš kurios galima pagaminti ANSI, FEPA ir JIS standartus atitinkančias žaliavas.

SiC miltelių grūdų dydis gali skirtis priklausomai nuo jų pradinės būsenos ir anglies šaltinio. Populiarus SiC sintezės paruošimo procesas yra anglies terminis redukavimas; jis apima mišinio, kuriame yra vienas molio SiO2 mažiau nei 200 mech, reakciją su 1,5-3 moliais anglies šaltinio; rūgštinis išplovimas, gauto tirpalo kaitinimas ir reakcija pašalina stiklo anglies susidarymą.

Kiekybinės XRD analizės metu gauti SiC milteliai toliau analizuojami naudojant dalelių formą, granuliometrinę sudėtį ir savitojo paviršiaus analizę. Svarbios charakteristikos: dalelių forma, granuliometrinė sudėtis ir savitasis paviršius. SiC dalelės paprastai pasižymi plokščia, skaldyta struktūra su defektinėmis substruktūromis, kurioms būdingi dislokacijų tinkleliai jų ribose - tai nepageidautina savybė, galinti turėti neigiamos įtakos sukepinimo procesams.

Charakteristikos

Silicio karbidas pasižymi daugeliu unikalių savybių, leidžiančių jį naudoti įvairiose pramonės srityse. Visų pirma jis yra labai kietas - jo kietumas pagal Moso skalę įvertintas 9. Be to, ši medžiaga yra chemiškai inertiška, pasižymi dideliu atsparumu dilimui, atsparumu karščiui iki aukštos temperatūros, geru tempimo stipriu ir mažu šiluminio plėtimosi koeficientu - visos šios savybės lemia, kad silicio karbidas tinka daugeliui pramonės sričių.

Silicio karbido gamybos procesai daro didžiulę įtaką jo savybėms ir naudojimui. Edwardas Goodrichas Achesonas sukūrė Achesono procesą, kurio metu kvarcinio smėlio, naftos kokso ir medžio drožlių mišinys kaitinamas itin aukštoje temperatūroje, siekiant sukelti chemines reakcijas, kurių metu susidaro silicio karbido kristalai, kuriuos vėliau galima susmulkinti į miltelius arba išlieti į luitus ir parduoti.

Šie abrazyviniai milteliai paprastai naudojami aviacijos ir automobilių pramonėje honinguojant ir glaistant detales, kad būtų išgauti tikslūs matmenys ir lygi apdaila, taip pat naudojami keramikoje, stiklo gamyboje, plieno ir kitų metalų gamyboje. "Alter Technology", naudodama šią medžiagą, sukūrė radijo grandinę, kuri gali atlaikyti ekstremalias kosmoso sąlygas.

Paraiškos

Silicio karbido keramika yra išskirtinė nonooksidinė medžiaga, kuri dėl savo kietumo (Moho kietumas > 9), cheminio inertiškumo, mažo šiluminio plėtimosi koeficiento ir atsparumo karščiui bei smūgiams gali būti įvairiai naudojama. Silicio karbidas dėl savo šilumos laidumo savybių naudojamas kaip dilimui atsparios detalės abrazyvuose arba dilimui atsparios detalės ugniai atsparių dalių keramikoje, taip pat puslaidininkių ir elektrotechnikos srityse.

Norėdami gaminti SiC, gamintojai pirmiausia aukštoje temperatūroje sujungia amorfinį silicio dioksidą su anglimi, paprastai anglies šaltiniu būna akmens anglių koksas, o tada smulkiai sumala ir sumaišo su nedideliu kiekiu boksito, kad susidarytų ruošinys. Po to, priklausomai nuo pageidaujamo naudojimo būdo, atliekama dopingo azotu (n tipo SiC) arba boru, aliuminiu ir galiu (p tipo SiC) gamyba.

Gamintojai šią ruošinį naudoja kubiniam silicio karbidui gaminti jungimo reakcijos būdu arba cheminio nusodinimo iš garų būdu. Dažniau naudojamas reakcinis sujungimas; jis apima kaitinimą iki 1410 laipsnių C temperatūros ir azoto arba boro dopingą, kad būtų pagamintas n tipo SiC. Cheminiam nusodinimui iš garų reikia gerokai daugiau energijos ir įrangos; jungiant reakcijos būdu reikia daug mažiau.

Laidžiųjų puslaidininkių klasės SiC milteliai yra sukurti taip, kad atitiktų unikalius augimo poreikius, susijusius su įvairiais trečiosios kartos n tipo laidžiųjų silicio karbido monokristalų auginimo metodais. Šios rūšies milteliai pasižymi optimaliu dalelių dydžio pasiskirstymu su nedaug tuštumų, todėl produkto grynumo lygis viršija 6N.