Hoe Siliciumcarbidepoeders maken

Siliciumcarbide, beter bekend als carborundum, is hard als diamant en zeer slijtvast. Bovendien maken de keramische eigenschappen het geschikt voor omgevingen met hoge temperaturen en hoge spanningen.

De productie volgens het Lely proces resulteert in poedervorm die kan worden gesneden in moissaniet edelstenen voor gebruik als edelsteen, terwijl fabrikanten het ook gebruiken voor de productie van schurende voorwerpen en producten die hardheid vereisen.

Bronnen

Siliciumcarbide (SiC), ook bekend als carborundum /krbnm/, is een extreem harde verbinding van silicium en koolstof die van nature voorkomt als het mineraal moissaniet en sinds het einde van de 19e eeuw massaal geproduceerd wordt als schuurmiddel. Door SiC te binden tot harde keramiek of door het te doteren met stikstof, fosfor, beryllium of aluminium kunnen n- of p-type halfgeleiders worden gevormd.

Industrieel SiC wordt meestal geproduceerd via het Achesonproces, waarbij silicazand met koolstofbronnen zoals petroleumcoke tot hoge temperaturen wordt verhit in een open oven, wat groene of zwart gekleurde korrels oplevert, afhankelijk van de zuiverheidsgraad.

SiC staat bekend om zijn superieure thermische geleidbaarheid en corrosiebestendigheid. Met zijn lage thermische uitzettingscoëfficiënt, hoge sterkte/hardheidsverhouding, chemische stabiliteit en gemakkelijke bewerkbaarheid dient het als een belangrijke grondstof in veel industriële toepassingen zoals hoogwaardige vuurvaste materialen/abrasieven/keramiek [16].

Verwerking

Siliciumcarbide (SiC) is een technisch keramisch materiaal met unieke eigenschappen zoals chemische inertie bij alle temperaturen, weerstand tegen thermische schokken en hoge sinterbaarheid. SiC wordt gebruikt in verschillende technisch-keramische toepassingen, waaronder de productie van ovenmeubilair en apparatuur voor vloeistofverwerking, evenals lagers en slijtdelen. Andere toepassingen van SiC zijn dieseldeeltjesfilters en ballistische bescherming. Washington Mills biedt breek-, maal- en classificeerapparatuur die grondstoffen kan produceren die voldoen aan de ANSI, FEPA en JIS normen.

SiC-poeders kunnen variëren in korrelgrootte, afhankelijk van hun begintoestand en koolstofbron. Een populair bereidingsproces voor SiC-synthese is door middel van koolstof-thermische reductie; hierbij wordt een mengsel dat één mol SiO2 minder dan 200 mech bevat, gereageerd met 1,5-3 mol koolstofbron; zuur uitlogen, verhitten en reageren van de resulterende oplossing zorgt ervoor dat er geen glaskoolstof ontstaat.

SiC poeders geproduceerd met behulp van XRD kwantitatieve analyse worden verder geanalyseerd met behulp van deeltjesvorm, granulometrische samenstelling en specifieke oppervlakte analyse. Belangrijke kenmerken zijn onder andere deeltjesvorm, granulometrische samenstelling en specifiek oppervlak. SiC-deeltjes vertonen meestal vlakke, splinterachtige structuren met defecte substructuren gekenmerkt door dislocatieroosters aan de randen - een ongewenste eigenschap die een negatieve invloed kan hebben op sinterprocessen.

Kenmerken

Siliciumcarbide heeft veel unieke eigenschappen waardoor het op verschillende industriële gebieden kan worden toegepast. Het is met name extreem hard met een Mohs-hardheid van 9. Bovendien is dit materiaal chemisch inert en biedt het een grote slijtvastheid, hittebestendigheid tot hoge temperaturen, een goede treksterkte en een lage thermische uitzettingscoëfficiënt - eigenschappen die samen siliciumcarbide geschikt maken voor veel industriële toepassingen.

De productieprocessen van siliciumcarbide hebben een enorm effect op de eigenschappen en toepassingen ervan. Edward Goodrich Acheson ontwikkelde het Achesonproces, waarbij een mengsel van kwartszand, petroleumcoke en houtsnippers tot extreem hoge temperaturen wordt verhit om chemische reacties te veroorzaken die siliciumcarbidekristallen produceren - deze kristallen kunnen vervolgens tot poeder worden vermalen of in baren worden gegoten voor de verkoop.

Dit slijppoeder wordt vaak gebruikt in de luchtvaart- en auto-industrie voor het honen en leppen van onderdelen om precieze afmetingen en gladde afwerkingen te verkrijgen, terwijl het ook wordt gebruikt in keramiek, glasproductie en de productie van staal en andere metalen. Alter Technology heeft met dit materiaal een radiocircuit gemaakt dat bestand is tegen de extreme omstandigheden in de ruimte.

Toepassingen

Siliciumcarbide keramiek is een uitstekend nonoxide materiaal met verschillende toepassingen vanwege de hardheid (Mohs hardheid > 9), chemische inertie, lage thermische uitzettingscoëfficiënt en weerstand tegen zowel hitte als impact. Siliciumcarbide wordt gebruikt als slijtvaste onderdelen in schuurmiddelen of slijtvaste onderdelen in vuurvaste onderdelen keramiek en in halfgeleider- en elektrische toepassingen vanwege de thermische geleidbaarheidseigenschappen.

Om SiC te produceren, combineren fabrikanten eerst amorf silica met koolstof bij hoge temperaturen - meestal steenkoolcoke als koolstofbron - voordat ze het fijnmalen en mengen met kleine hoeveelheden bauxiet om een preform te vormen. Daarna wordt het gedoteerd met stikstofdopering (n-type SiC) of met boor-, aluminium- en galliumdopering (p-type SiC), afhankelijk van de gewenste toepassing.

Fabrikanten gebruiken deze preform vervolgens om kubisch siliciumcarbide te produceren door middel van linken door reactie of chemische dampdepositie. Verbinden door reactie is de meest gebruikte methode; hierbij wordt het materiaal verhit tot 1410 graden Celsius en gedoteerd met stikstof of boor om n-type SiC te produceren. Chemische dampdepositie vereist aanzienlijk meer energie en apparatuur voor het proces; koppelen door reactie vereist veel minder.

Geleidend SiC-poeder voor halfgeleiders is ontworpen om te voldoen aan de unieke groeibehoeften van verschillende methoden voor het kweken van derde-generatie n-type geleidende siliciumcarbide enkelvoudige kristallen. Dit type poeder heeft een optimale deeltjesgrootteverdeling met weinig holtes, en biedt een productzuiverheid van meer dan 6N.