Kā izgatavot silīcija karbīda pulveri

Silīcija karbīds, ko biežāk dēvē par karborundu, ir ciets kā dimants un ļoti izturīgs pret nodilumu. Turklāt tā keramiskās īpašības padara to piemērotu augstas temperatūras un sprieguma vidēm.

Lely procesa rezultātā tiek iegūts pulveris, ko var sagriezt moisanīta dārgakmeņos izmantošanai kā dārgakmeņus, bet ražotāji to izmanto arī abrazīvu priekšmetu un izstrādājumu ražošanā, kam nepieciešama cietība.

Avoti

Silīcija karbīds (SiC), pazīstams arī kā karborunds, ir ārkārtīgi ciets silīcija un oglekļa savienojums, kas dabā veidojas kā minerāls moizanīts un kopš 19. gadsimta beigām masveidā tiek ražots kā abrazīvs. Savienojot SiC cietā keramikā vai dopējot to ar slāpekli, fosforu, beriliju vai alumīniju, var veidot n- vai p-tipa pusvadītājus.

Rūpniecisko SiC parasti ražo Achesona procesā, silīcija smiltis karsējot atklātā krāsnī augstā temperatūrā ar oglekļa avotiem, piemēram, naftas koksu, un atkarībā no tīrības pakāpes iegūst zaļas vai melnas krāsas graudus.

SiC ir pazīstams ar savu izcilo siltumvadītspēju un izturību pret koroziju. Ar zemu termiskās izplešanās koeficientu, augstu stiprības/cietības attiecību, ķīmisko stabilitāti un vieglu apstrādājamību tas kalpo kā galvenā izejviela daudzās rūpniecības nozarēs, piemēram, augstas kvalitātes ugunsizturīgo materiālu/abrazīvu/keramikas ražošanā [16].

Apstrāde

Silīcija karbīds (SiC) ir tehnisks keramikas materiāls ar unikālām īpašībām, tostarp ķīmisko inertumu visās temperatūrās, izturību pret termiskiem triecieniem un augstu saķepināmību. SiC izmanto dažādās tehniskās keramikas jomās, tostarp krāsns mēbeļu un šķidrumu apstrādes iekārtu, kā arī gultņu un nodilstošo daļu ražošanā. SiC izmanto arī dīzeļdegvielas daļiņu filtros un ballistiskajā aizsardzībā. Uzņēmums Washington Mills piedāvā drupināšanas, malšanas un klasificēšanas iekārtas, kas spēj saražot ANSI, FEPA un JIS standartiem atbilstošas izejvielas.

SiC pulveri var atšķirties pēc graudu lieluma atkarībā no to sākotnējā stāvokļa un oglekļa avota. Populārs SiC sintēzes sagatavošanas process ir oglekļa termiski termiskā reducēšana; tas ietver maisījuma, kas satur vienu molu SiO2, kura daudzums ir mazāks par 200 mech, reakciju ar 1,5-3 moliem oglekļa avota; skābes izskalošana, karsēšana un iegūtā šķīduma reakcija novērš stikla oglekļa veidošanos.

SiC pulveri, kas iegūti, izmantojot XRD kvantitatīvo analīzi, tālāk tiek analizēti, izmantojot daļiņu formu, granulometrisko sastāvu un īpatnējās virsmas analīzi. Svarīgas īpašības ir daļiņu forma, granulometriskais sastāvs un īpatnējā virsma. SiC daļiņām parasti ir plakanas, šķeltas struktūras ar deformētām apakšstruktūrām, ko raksturo dislokāciju režģi uz to robežām - nevēlama īpašība, kas var negatīvi ietekmēt saķepināšanas procesus.

Raksturojums

Silīcija karbīdam piemīt daudzas unikālas īpašības, kas ļauj to izmantot dažādās rūpniecības jomās. Jo īpaši tas ir ārkārtīgi ciets, jo tā cietības rādītājs pēc Mosa skalas ir 9. Turklāt šis materiāls ir ķīmiski inerts, tam ir liela izturība pret nodilumu, karstumizturība līdz pat augstām temperatūrām, laba stiepes izturība un zems termiskās izplešanās koeficients - visas šīs īpašības kopā padara silīcija karbīdu piemērotu daudziem rūpnieciskiem lietojumiem.

Silīcija karbīda ražošanas procesiem ir milzīga ietekme uz tā īpašībām un pielietojumu. Edvards Goodrich Acheson izstrādāja Acheson procesu, kas ietver kvarca smilšu, naftas koksa un koksnes šķeldas maisījuma karsēšanu ārkārtīgi augstā temperatūrā, lai izraisītu ķīmiskas reakcijas, kuru rezultātā veidojas silīcija karbīda kristāli - šos kristālus pēc tam var sasmalcināt pulverī vai izliet liet lietņos pārdošanai.

Šo abrazīvo pulveri parasti izmanto kosmiskās aviācijas un automobiļu rūpniecībā detaļu trīšanā un pieslīpēšanā, lai iegūtu precīzus izmērus un gludu apdari, kā arī keramikas, stikla ražošanā un tērauda un citu metālu ražošanā. Alter Technology, izmantojot šo materiālu, izveidoja radio shēmu, kas spēj izturēt ekstrēmus apstākļus kosmosā.

Pieteikumi

Silīcija karbīda keramika ir izcils nonoxīda materiāls ar daudzveidīgu pielietojumu, pateicoties tā cietībai (Mosa cietība > 9), ķīmiskajai inertumam, zemam termiskās izplešanās koeficientam un izturībai pret karstumu un triecieniem. Silīcija karbīds tiek izmantots kā nodilumizturīgas detaļas abrazīvos vai nodilumizturīgas detaļas ugunsizturīgajā keramikā, kā arī pusvadītāju un elektrotehnikas lietojumos, pateicoties tā siltumvadītspējas īpašībām.

Lai ražotu SiC, ražotāji vispirms augstā temperatūrā apvieno amorfu silīcija dioksīdu ar oglekli - parasti ogļu kokss ir oglekļa avots -, pēc tam smalki sasmalcina un sajauc ar nelielu daudzumu boksīta, lai izveidotu sagatavi. Pēc tam tiek veikta apstrāde ar slāpekli (n tipa SiC) vai bora, alumīnija un gallija dopingu (p tipa SiC) atkarībā no vēlamā lietojuma.

Pēc tam ražotāji izmanto šo sagatavi, lai ražotu kubisko silīcija karbīdu, izmantojot vai nu savienošanu ar reakciju, vai ķīmisko tvaiku uzklāšanu. Biežāk izmantotā metode ir savienošana reakcijas ceļā; tā ietver tās karsēšanu līdz 1410 grādiem pēc Celsija un dopingu ar slāpekli vai boru, lai iegūtu n-veida SiC. Ķīmiskajai tvaiku nogulsnēšanai ir nepieciešams ievērojami vairāk enerģijas un iekārtu; savienošanai reakcijas ceļā ir nepieciešams daudz mazāk.

Vadošs pusvadītāju kvalitātes SiC pulveris ir izstrādāts, lai apmierinātu unikālās izaugsmes vajadzības, kas saistītas ar dažādām metodēm trešās paaudzes n tipa vadošu silīcija karbīda monokristālu audzēšanai. Šāda veida pulverim ir optimāls daļiņu izmēru sadalījums ar nelielu tukšumu skaitu, un tā tīrības līmenis pārsniedz 6N.