Как изготовить порошки карбида кремния

Карбид кремния, чаще называемый карборундом, тверд, как алмаз, и обладает высокой износостойкостью. Кроме того, его керамические свойства позволяют использовать его в условиях высоких температур и напряжения.

В результате процесса Lely получается порошок, который можно разрезать на камни муассанита для использования в качестве драгоценных камней, а производители также применяют его для изготовления абразивных изделий и продуктов, требующих твердости.

Источники

Карбид кремния (SiC), также известный как карборунд /krbnm/, - это чрезвычайно твердое соединение кремния и углерода, которое образуется в природе в виде минерала муассанита и массово производится в качестве абразива с конца XIX века. Соединение SiC в твердую керамику или его легирование азотом, фосфором, бериллием или алюминием позволяет получить полупроводники n- или p-типа.

Промышленный SiC обычно производится в процессе Ачесона, когда кварцевый песок нагревается до высоких температур в открытой печи с такими источниками углерода, как нефтяной кокс, в результате чего получаются зерна зеленого или черного цвета в зависимости от степени их чистоты.

SiC известен своей превосходной теплопроводностью и коррозионной стойкостью. Благодаря низкому коэффициенту теплового расширения, высокому соотношению прочности и твердости, химической стабильности и легкости обработки он служит основным сырьем для многих промышленных применений, таких как высококачественные огнеупоры/абразивы/керамика [16].

Обработка

Карбид кремния (SiC) - это технический керамический материал с уникальными свойствами, включая химическую инертность при любых температурах, устойчивость к тепловым ударам и высокую спекаемость. SiC используется в различных областях применения технической керамики, включая производство мебели для печей и оборудования для обработки жидкостей, а также подшипников и быстроизнашивающихся деталей. Дополнительные области применения SiC включают сажевые фильтры и баллистическую защиту. Washington Mills предлагает оборудование для дробления, измельчения и классификации, способное производить сырье, соответствующее стандартам ANSI, FEPA и JIS.

Порошки SiC могут отличаться по размеру зерна в зависимости от исходного состояния и источника углерода. Популярным процессом подготовки к синтезу SiC является углетермическое восстановление; оно включает в себя реакцию смеси, содержащей один моль SiO2 менее 200 мэкв, с 1,5-3 молями источника углерода; кислотное выщелачивание, нагревание и реакция полученного раствора устраняют стеклоуглерод из производства.

Порошки SiC, полученные с помощью количественного анализа XRD, далее анализируются с помощью анализа формы частиц, гранулометрического состава и удельной поверхности. Важными характеристиками являются форма частиц, гранулометрический состав и удельная поверхность. Частицы SiC обычно имеют плоскую, расколотую структуру с дефектными субструктурами, характеризующимися сетками дислокаций на их границах - нежелательная характеристика, которая может негативно повлиять на процессы спекания.

Характеристики

Карбид кремния обладает множеством уникальных характеристик, которые позволяют применять его в различных областях промышленности. В частности, он чрезвычайно тверд - его твердость по шкале Мооса составляет 9 единиц. Кроме того, этот материал химически инертен, обладает высокой износостойкостью, жаропрочностью до высоких температур, хорошей прочностью на разрыв и низким коэффициентом теплового расширения - все эти качества делают карбид кремния пригодным для многих промышленных применений.

Процессы производства карбида кремния оказывают огромное влияние на его свойства и применение. Эдвард Гудрич Ачесон разработал процесс Ачесона, который заключается в нагревании смеси кварцевого песка, нефтяного кокса и древесных опилок до чрезвычайно высоких температур, чтобы вызвать химические реакции, в результате которых образуются кристаллы карбида кремния.

Этот абразивный порошок широко используется в аэрокосмической и автомобильной промышленности для хонингования и притирки деталей с целью получения точных размеров и гладкой поверхности, а также в керамике, производстве стекла, стали и других металлов. Компания Alter Technology создала на основе этого материала радиосхему, способную выдерживать экстремальные условия космоса.

Приложения

Керамический карбид кремния является выдающимся неоксидным материалом с различными областями применения благодаря своей твердости (твердость по Моосу > 9), химической инертности, низкому коэффициенту теплового расширения и устойчивости как к нагреву, так и к ударам. Карбид кремния находит применение в качестве износостойких деталей в абразивных материалах или износостойких деталей в износостойкой огнеупорной керамике, а также в полупроводниковой и электротехнической промышленности благодаря своим теплопроводным свойствам.

Для производства SiC производители сначала соединяют аморфный диоксид кремния с углеродом при высоких температурах - обычно в качестве источника углерода используется каменноугольный кокс - затем тонко измельчают и смешивают с небольшим количеством боксита, чтобы получить преформу. После этого происходит легирование азотом (SiC n-типа) или бором, алюминием и галлием (SiC p-типа), в зависимости от желаемого применения.

Затем производители используют эту заготовку для получения кубического карбида кремния путем реакционного связывания или химического осаждения из паровой фазы. Реакционное связывание - это более распространенный подход; он включает в себя нагрев до 1410 градусов Цельсия и легирование азотом или бором для получения SiC n-типа. Химическое осаждение из паровой фазы требует значительно больше энергии и оборудования для проведения процесса, в то время как реакционное связывание требует гораздо меньше.

Проводящий полупроводниковый порошок SiC разработан для удовлетворения уникальных потребностей различных методов выращивания проводящих монокристаллов карбида кремния третьего поколения n-типа. Этот тип порошка имеет оптимальный гранулометрический состав с небольшим количеством пустот, обеспечивая чистоту продукта выше 6N.