Cum se produc pulberile de carbură de siliciu

Carbura de siliciu, denumită mai frecvent carborundum, este dură ca diamantul și foarte rezistentă la uzură. În plus, proprietățile sale ceramice îl fac potrivit pentru medii cu temperaturi ridicate și medii de tensiune.

Rezultatele procesului de producție Lely se prezintă sub formă de pulbere care poate fi tăiată în pietre prețioase de moissanite pentru a fi utilizată ca pietre prețioase, în timp ce producătorii o utilizează, de asemenea, pentru fabricarea articolelor abrazive și a produselor care necesită duritate.

Surse

Carbura de siliciu (SiC), cunoscută și sub denumirea de carborundum /krbnm/, este un compus extrem de dur din siliciu și carbon care se formează în mod natural sub forma mineralului moissanite și este produs în masă ca abraziv de la sfârșitul secolului al XIX-lea. Prin lipirea SiC în ceramică dură sau doparea cu azot, fosfor, beriliu sau aluminiu se pot forma semiconductori de tip n sau p.

SiC industrial este produs de obicei prin procesul Acheson de încălzire a nisipului silicios cu surse de carbon, cum ar fi cocsul de petrol, la temperaturi ridicate într-un cuptor deschis, rezultând boabe de culoare verde sau neagră, în funcție de nivelul lor de puritate.

SiC este cunoscut pentru conductivitatea sa termică superioară și rezistența la coroziune. Cu un coeficient scăzut de dilatare termică, un raport rezistență/duritate ridicat, stabilitate chimică și ușurință de prelucrare, acesta servește ca materie primă principală în multe aplicații industriale, cum ar fi materiale refractare/abrazive/ceramică de înaltă calitate [16].

Procesare

Carbura de siliciu (SiC) este un material ceramic tehnic cu proprietăți unice, inclusiv inerție chimică la toate temperaturile, rezistență la șocuri termice și sinterizabilitate ridicată. SiC este utilizat în diverse aplicații de ceramică tehnică, inclusiv la fabricarea mobilierului pentru cuptoare și a echipamentelor de manipulare a fluidelor, precum și a rulmenților și pieselor de uzură. Alte utilizări ale SiC includ filtrele de particule diesel și protecția balistică. Washington Mills oferă echipamente de concasare, măcinare și clasificare capabile să producă materii prime care îndeplinesc standardele ANSI, FEPA și JIS.

Granulația pulberilor de SiC poate varia în funcție de starea lor inițială și de sursa de carbon. Un proces popular de preparare pentru sinteza SiC este reducerea termică a carbonului; aceasta implică reacția unui amestec care conține un mol de SiO2 mai mic de 200 mech cu 1,5-3 moli de sursă de carbon; levigarea acidă, încălzirea și reacția soluției rezultate vor elimina producerea carbonului de sticlă.

Pulberile de SiC produse prin analiza cantitativă XRD sunt analizate în continuare folosind analiza formei particulelor, a compoziției granulometrice și a suprafeței specifice. Caracteristicile importante includ forma particulelor, compoziția granulometrică și suprafața specifică. Particulele de SiC prezintă, de obicei, structuri plate, fragmentate, cu substructuri defecte caracterizate prin grile de dislocații pe marginile lor - o caracteristică nedorită care ar putea avea un impact negativ asupra proceselor de sinterizare.

Caracteristici

Carbura de siliciu oferă multe caracteristici unice care îi permit să fie aplicată în diverse domenii industriale. În special, este extrem de dur, cu o duritate Mohs de 9. În plus, acest material este inert din punct de vedere chimic și oferă o mare rezistență la abraziune, rezistență la căldură până la temperaturi ridicate și are o bună rezistență la tracțiune și un coeficient scăzut de dilatare termică - calități care se adaugă pentru a face carbura de siliciu potrivită pentru multe utilizări industriale.

Procesele de producție a carburii de siliciu au un efect imens asupra proprietăților și utilizărilor acesteia. Edward Goodrich Acheson a dezvoltat procedeul Acheson, care implică încălzirea unui amestec de nisip de cuarț, cocs de petrol și așchii de lemn la temperaturi extrem de ridicate pentru a provoca reacții chimice care produc cristale de carbură de siliciu - aceste cristale pot fi apoi zdrobite în pulbere sau turnate în lingouri pentru vânzare.

Această pudră abrazivă este utilizată în mod obișnuit de industria aerospațială și de industria auto pentru honuirea și lappingul pieselor în vederea obținerii unor dimensiuni precise și a unor finisaje netede, fiind de asemenea utilizată în ceramică, în producția de sticlă și în producția de oțel și alte metale. Alter Technology a creat un circuit radio folosind acest material care poate rezista condițiilor extreme din spațiu.

Aplicații

Ceramica din carbură de siliciu este un material neoxid remarcabil cu diverse aplicații datorită durității sale (duritate Mohs > 9), inerției chimice, coeficientului scăzut de dilatare termică și rezistenței la căldură și la impact. Carbura de siliciu își găsește utilizarea ca piese rezistente la uzură în abrazive sau piese rezistente la uzură în piese rezistente la uzură refractare ceramice, precum și în aplicații semiconductoare și electrice datorită proprietăților sale de conductivitate termică.

Pentru a produce SiC, producătorii combină mai întâi silice amorfă cu carbon la temperaturi ridicate - de obicei cocs de cărbune ca sursă de carbon - înainte de a măcina fin și a amesteca cu cantități mici de bauxită pentru a forma o preformă. Ulterior are loc doparea cu azot (SiC de tip n) sau doparea cu bor, aluminiu și galiu (SiC de tip p), în funcție de aplicația dorită.

Producătorii utilizează apoi această preformă pentru a produce carbură de siliciu cubică fie prin legare prin reacție, fie prin depunere chimică de vapori. Legarea prin reacție este abordarea cea mai frecvent utilizată; aceasta implică încălzirea la 1410 grade C și doparea cu azot sau bor pentru producerea SiC de tip n. Depunerea chimică în stare de vapori necesită mult mai multă energie și echipamente pentru procesul său; legarea prin reacție necesită mult mai puțin.

Pulberea SiC de calitate semiconductor conductiv este concepută pentru a satisface nevoile unice de creștere ale diferitelor metode de creștere a monocristalelor de carbură de siliciu conductiv de tip n de a treia generație. Acest tip de pulbere are o distribuție optimă a dimensiunii particulelor, cu puține goluri, oferind niveluri de puritate a produsului care depășesc 6N.