Er silisiumkarbid en keramikk

Er silisiumkarbid et keramisk materiale? Keramisk silisiumkarbid har en enestående Mohs-hardhetsgrad på 9,5, noe som gjør det til et av de hardeste materialene på jorden. Videre har silisiumkarbid høy varmeledningsevne, lave termiske ekspansjonshastigheter og utmerket kjemisk korrosjonsbestandighet ved høye temperaturer. SiC er et viktig materiale i en rekke bruksområder som krever høy varmebestandighet og styrke, inkludert kverner, ekspandere og ekstrudere, og fungerer også som en ingrediens i keramiske ildfaste materialer som kverner; mekaniske tetninger er svært avhengige av SiC for sin styrke.

Hva gjør det til keramikk?

Silisiumkarbid (SiC) er en uorganisk kjemisk forbindelse som består av silisium og karbon, og som finnes naturlig som moissanitt, men masseproduksjonen startet i 1893 for bruk som slipemateriale. SiC-keramikk kan produseres gjennom ulike prosesser, inkludert reaksjonsbinding eller sintring, for å oppnå konsistente tykkelsesnivåer og holdbarhet.

Keramikk er et begrep som brukes av mange ingeniører for å beskrive ulike tekniske materialer med svært ulike kjemiske og fysiske egenskaper. Mekanikkingeniører kan referere til keramikk som består av relativt urene SiC-krystallitter som er bundet sammen med bindemiddel under varme og trykk, mens elektroingeniører kan referere til enkeltkrystallskiver av SiC med høy renhet som keramikk.

Men "keramikk" kan også referere til ikke-oksidkeramikk som tåler tøffe forhold som høye temperaturer og sterke kjemikalier. Silisiumkarbid (SiC) er et slikt materiale som ofte brukes som slipemiddel, tilsetningsstoff i stål og strukturell keramikk. I tillegg har SiC nylig blitt en utbredt halvleder med bredt båndgap som brukes i høyeffektselektronikk.

tilbyr vi et omfattende utvalg av ildfast keramikk av industriell kvalitet i form av sintret silisiumkarbid (SiSiC) og skummet SiC. Begge former av dette ikke-oksidholdige keramiske materialet har høy motstand mot korrosjon, slitasje og utmatting, og tåler eksepsjonelt høye temperaturer ved sluttbruk (2000 °C).

Skummet SiC fremstilles ved å reagere porøst silisiumkarbidråstoff med flytende silisium ved hjelp av tilsetnings- eller støpemetoder for å danne en sintringsbar kompakt som deretter kan omdannes i en sintringsovn til et materiale med helt tett mikrostruktur - som Hexoloy(r). Sintrede SiC-produkter som Hexoloy(r) har blitt kommersielt levedyktige gjennom ulike produksjonsmetoder.

Ildfast SiC-keramikk er mye brukt i produksjonen av slipemidler og tilsetningsstoffer til stål, men det brukes også i romfart, tribologiske komponenter for 3D-printing, ballistikk, kjemisk prosessering, dynamisk tetningsteknologi (friksjonslagre/mekaniske tetninger/slitasje-/erosjonsbestandige komponenter i pumpesystemer/rør), førings-/avbøyningselementer i rørsystemer og mange andre industrielle bruksområder. De slitasje-/erosjonsbestandige egenskapene gjør SiC til et attraktivt materialvalg som muliggjør dynamisk tetningsteknologi samt slitasje-/erosjonsbestandige/erosjonsbestandige komponenter som brukes i mange industrielle bruksområder - som f.eks. romfart/tribologiske komponenter som brukes innen 3D-printing/ 3D-printing/ballistikk/kjemisk prosessering/kjemisk prosessering/kjemisk prosessindustri/ballistikk/kjemisk prosessindustri/kjemisk prosessindustri/kjemisk prosessindustri etc. Den termiske stabiliteten til silisiumkarbidkeramikk gjør det egnet for andre industrielle bruksområder, inkludert romfart; slitasje-/erosjonsbestandige pumpekomponenter som brukes som førings-/avbøyningselementer i rørsystemer etc.

Fysiske egenskaper

Silisiumkarbid (SiC) er et hardt materiale med en Mohs-skala på 9, mellom diamant (10) og aluminiumoksid (9). SiC har dessuten utmerket korrosjonsbestandighet; det er ekstremt stabilt i luftmiljøer, samtidig som det motstår nedbrytning av mange vanlige kjemikalier som syrer, baser og smeltede salter. Den lave ekspansjonshastigheten gjør det dessuten svært motstandsdyktig mot termisk sjokk.

Silisiumkarbid har en kjemisk struktur som består av sammenlåste karbon- og silisiumtetraeder som holdes sammen av sterke bindinger i krystallgitteret, noe som gir det utmerket styrke. Silisiumkarbid angripes ikke av de fleste organiske løsemidler og reagerer ikke med vann eller oksygen, men reagerer med klor ved høye temperaturer og danner SiO2. Silisiumkarbid har utmerket slitestyrke, en tøff overflate som tåler store belastninger og støt, lav varmeledningsevne, god varmeutvidelseskoeffisient og er motstandsdyktig mot de fleste syrer.

Panserkeramikk har blitt en av de mest nyttige avanserte keramiske materialene som brukes i dag, og brukes i så forskjellige bruksområder som skjæreverktøy, strukturelle materialer som skuddsikre vestplater laget av keramiske plater, bilkomponenter som bremseskiver og girkassedeler, lynavledere og til og med astronomiske teleskopspeil.

Er silisiumkarbid en keramikk, involverer silisiumkarbidproduksjon flere teknikker, med reaksjonsbundet og direkte sintret som to av de mest utbredte. Reaksjonsbundet SiC kan dannes ved å blande pulverisert SiC med pulverisert karbon og mykner før det presses i form og deretter tilføres gassformig eller flytende silisium, slik at det dannes et tynt, men tett lag av SiC rundt der det ble reagert med. Direkte sintret produksjon innebærer å plassere grønt eller svart silisiumkarbid i en elektrisk lysbueovn ved høye temperaturer under sterkt trykk - noe som skaper tette lag rundt reaksjonspunktene i begge prosessene.

Silisiumkarbid har en rekke elektroniske bruksområder utover sine fysiske og mekaniske egenskaper. Som et halvledermateriale med bredt båndgap kan silisiumkarbid overføre høye spenninger med lavere lekkasjestrøm enn sammenlignbare enheter - noe som gjør det egnet til kraftelektronikk. I tillegg har silisiumkarbid vist seg å være mer holdbart i miljøer med høye temperaturer enn andre materialer, som for eksempel silisiumdioksid.

Kjemiske egenskaper

Silisiumkarbid (SiC og karborundum) er et krystallinsk industrimineral som brukes både som halvleder og keramikk. Det er fargeløst i ren form, men avhengig av urenheter kan det få en grønn eller blå fargetone. Hvert lag i denne strukturen består av to karbonatomer som er koblet til ett silisiumatom for å danne en tetraedrisk bindingskonfigurasjon med fire andre silisiumatomer for å danne polytypestrukturer eller strukturer med forskjellige arrangementer for stabling av lagene, noe som resulterer i forskjellige polytyper eller strukturer.

Ceramica er et av de hardeste avanserte keramiske materialene og har et ekstremt høyt smeltepunkt. Det er kjemisk inert og reagerer bare i svært liten grad når det utsettes for bestemte syrer (saltsyre, svovelsyre og flussyre) eller baser som konsentrert natriumhydroksid. I tillegg fungerer det som en utmerket varmeisolator og har høy korrosjonsbestandighet blant ikke-oksidkeramer.

Silisiumkarbid er et av de hardeste materialene, bare slått av borkarbid og diamant. På grunn av sin ekstreme hardhet brukes det i skjæreverktøy, bilbremser, skuddsikre vester og andre konstruksjoner på grunn av sin styrke og slagfasthet. Ildfaste materialer og keramikk bruker silisiumkarbid på grunn av den lave varmeutvidelseskoeffisienten og motstandsdyktigheten mot varmesjokk, og elektronikk bruker det på grunn av dets elektriske egenskaper - høy elektrisk feltstyrke og maksimal strømtetthet er bare noen eksempler.

Silisiumkarbid har overlegen spenningsmotstand når det brukes i elektroniske kretser, og utkonkurrerer galliumnitrid for systemer som bruker høyspenningsapplikasjoner og har lavere lekkasjestrøm ved høyere temperaturer. En annen viktig fordel er den lavere lekkasjestrømmen ved disse temperaturene.

Moissanitt er laget av silisiumdioksyd som reduseres med karbon ved høye temperaturer i en elektrisk ovn. Den ble først oppdaget i 1893 som moissanitt fra dannelsen i meteorkrateret Canyon Diablo i Arizona. Edward Goodrich Acheson oppdaget den ved et uhell da han forsøkte å produsere kunstige diamanter tidlig på 1800-tallet, og utviklet etter hvert prosesser for masseproduksjon av den.

Mekaniske egenskaper

Er silisiumkarbid en keramikk, bestemmes de mekaniske egenskapene til keramiske materialer av hvordan de deformeres under belastning og inkluderer strekkfasthet, slagfasthet, bøyestyrke og interlaminær skjærfasthet. Disse egenskapene avhenger av både struktur og miljø. Silisiumkarbid har en uregelmessig krystallinsk struktur som består av karbon-silisium-tetraederbindinger. På grunn av den lave tettheten har det både hardhet og holdbarhet samt kjemisk og termisk stabilitet ved høye temperaturer. I tillegg er det korrosjonsbestandig og har et bredt båndgap som gjør det anvendelig i halvledere og kraftelektronikk.

Silisiumkarbidets hardhet avhenger av renhet og dannelsesmetode. Kommersielle polykrystallinske pulvere har vanligvis en hardhet på mellom 10-20 MPa, mens enkeltkrystallinske varianter har mye høyere hardhetsverdier, i noen tilfeller helt opp til 80 MPa. Partikkelstørrelsen spiller også en rolle; større korn har en tendens til å ha lavere hardhetsverdier enn mindre korn.

Keramisk silisiumkarbid kan produseres gjennom to forskjellige prosesser - reaksjonsbinding og sintring - som begge har stor innvirkning på mikrostrukturen. Reaksjonsbundet sic dannes ved å infiltrere kompakter som inneholder silisium- og karbonpulver med flytende silisium, som reagerer med karbon og danner mer SiC, som deretter bindes til de opprinnelige partiklene av SiC og danner seige og sprø materialer med lav tetthet; sintring gir derimot tettere, men sprøere materialer med gode mekaniske egenskaper.

Silisiumkarbid ble første gang masseprodusert i 1893 for bruk som slipemiddel. Siden den gang har det blitt brukt i slipeskiver, skjæreverktøy, ildfast foring i industriovner, skuddsikre keramiske vestplater og elektroniske applikasjoner som lysdioder (LED) og detektorer i tidlige radioer - blant mange andre bruksområder.

Silisiumkarbidets slipende egenskaper har gjort det til en effektiv erstatning for diamant i verktøybiter og slipeskiver, samt i slitedeler som slipeskiver og bilbremser. Silisiumkarbid er dessuten et utmerket materiale som ildfast materiale i elektriske ovner og som varmeelement i spenningssensitive enheter som termistorer og varistorer.