Is siliciumcarbide een keramiek

Is Silicon Carbide a Ceramic, Siliciumcarbide keramiek heeft een uitstekende Mohs hardheid van 9,5, waardoor het een van de hardste materialen op aarde is. Bovendien heeft siliciumcarbide een hoge thermische geleidbaarheid, een lage thermische uitzetting en een uitstekende weerstand tegen chemische corrosie bij hoge temperaturen. SiC is een essentieel materiaal in tal van toepassingen die een hoge hittebestendigheid en sterkte vereisen, waaronder molens, expanders en extruders; het dient ook als ingrediënt in keramische vuurvaste materialen zoals molens; mechanische afdichtingen vertrouwen zwaar op SiC voor hun sterkte.

Wat maakt het een keramiek?

Siliciumcarbide (SiC) is een anorganische chemische verbinding bestaande uit silicium en koolstof, die van nature voorkomt als moissaniet; de massaproductie begon echter in 1893 voor gebruik als schuurmateriaal. SiC-keramiek kan worden vervaardigd door middel van verschillende processen, waaronder reactiehechting of sinteren om consistente diktes en duurzaamheid te bereiken.

Keramiek is een term die veel gebruikt wordt door ingenieurs om verschillende technische materialen te beschrijven die aanzienlijk verschillen in zowel chemische als fysische eigenschappen. Mechanische ingenieurs verwijzen naar keramiek die bestaat uit relatief onzuivere SiC-kristallieten die onder hitte en druk met bindmiddel aan elkaar zijn gebonden als keramiek; elektrische ingenieurs verwijzen naar zeer zuivere wafers van één kristal SiC als keramiek.

Keramiek" kan echter ook verwijzen naar niet-oxide keramiek die bestand is tegen zware omstandigheden zoals hoge temperaturen en agressieve chemicaliën. Siliciumcarbide (SiC) is zo'n materiaal dat vaak wordt gebruikt als schuurmiddel, staaladditief en structurele keramiek. Bovendien is SiC recentelijk een wijdverspreide halfgeleider met brede bandkloof geworden die gebruikt wordt in elektronicatoepassingen met hoog vermogen.

Wij bieden een uitgebreid assortiment vuurvaste keramiek van industriële kwaliteit in de vorm van gesinterd siliciumcarbide (SiSiC) en geschuimd SiC. Beide vormen van dit niet-oxide keramisch materiaal bieden een hoge weerstand tegen corrosie, slijtage en vermoeiing en ook uitzonderlijk hoge eindgebruikstemperaturen (2000gC).

Geschuimd SiC wordt gemaakt door poreus basismateriaal van siliciumcarbide te laten reageren met vloeibaar silicium met behulp van additieve of gietvormmethoden om een sinterbaar compact te vormen dat vervolgens in een sinteroven kan worden omgevormd tot materiaal met een volledig dichte microstructuur - zoals Hexoloy(r). Gesinterde SiC-producten zoals Hexoloy(r) zijn commercieel levensvatbaar geworden via verschillende productiewijzen.

Vuurvaste SiC-keramiek wordt op grote schaal gebruikt bij de productie van schuurmiddelen en staaladditieven, maar wordt ook gebruikt in de ruimtevaart, tribologische componenten voor 3D-printen, ballistiek, chemische verwerking, dynamische afdichtingstechnologie (wrijvingslagers/mechanische afdichtingen/slijtage-/erosiebestendige componenten in pompsystemen/buizen), geleidings-/reflecterende elementen in buissystemen en vele andere industriële toepassingen. Hun slijtage-/erosiebestendige eigenschappen maken SiC tot een aantrekkelijke materiaalkeuze die dynamische afdichtingstechnologie mogelijk maakt, evenals slijtage-/erosiebestendige/erosiebestendige componenten die in vele industriële toepassingen worden gebruikt - zoals onderdelen voor ruimtevaart/ribologie die worden gebruikt in 3D-printing/ 3D-printing/ballistiek/chemische verwerking/chemische verwerkingsindustrieën/ballistiek/chemische verwerkingsindustrieën/chemische verwerkingsindustrieën etc. De thermische stabiliteit van siliciumcarbide keramiek maakt het geschikt voor andere industriële toepassingen, waaronder ruimtevaarttoepassingen; slijtage-/erosiebestendige pomponderdelen die worden gebruikt als geleider/reflecterende elementen in leidingsystemen etc.

Fysische eigenschappen

Siliciumcarbide (SiC) is een hard materiaal met een schaal van Mohs van 9, tussen diamant (10) en aluminiumoxide (9) in. Bovendien is SiC uitstekend bestand tegen corrosie; het is zeer stabiel in luchtomgevingen en bestand tegen degradatie door veel voorkomende chemicaliën zoals zuren, alkaliën en gesmolten zouten. Bovendien is het door de lage uitzettingssnelheid goed bestand tegen thermische schokken.

De chemische structuur van siliciumcarbide bestaat uit in elkaar grijpende tetraëders van koolstof en silicium die met sterke bindingen in het kristalrooster bij elkaar worden gehouden, waardoor het uitstekend sterk is. Siliciumcarbide wordt niet aangetast door de meeste organische oplosmiddelen en reageert niet met water of zuurstof, maar zal bij hoge temperaturen reageren met chloor om SiO2 te vormen. Siliciumcarbide heeft een uitstekende slijtvastheid, een taai oppervlak dat zware lasten en stoten kan verdragen, een lage warmtegeleidingscoëfficiënt, een goede thermische uitzettingscoëfficiënt en is bestand tegen de meeste zuren.

Pantser keramiek is uitgegroeid tot een van de nuttigste geavanceerde keramische materialen die vandaag de dag worden gebruikt en wordt toegepast in uiteenlopende toepassingen als snijgereedschappen, constructiematerialen zoals kogelvrije vestplaten gemaakt van keramische platen, auto-onderdelen zoals remschijven en transmissieonderdelen, bliksemafleiders en zelfs astronomische telescoopspiegels.

Is siliciumcarbide een keramiek? Voor de productie van siliciumcarbide worden verschillende technieken gebruikt, waarvan reactiegebonden en direct gesinterd twee van de meest voorkomende zijn. Reactiegebonden SiC kan worden gevormd door SiC in poedervorm te mengen met koolstof in poedervorm en weekmaker, het in vorm te persen en er gasvormig of vloeibaar silicium in te gieten om een dunne maar dichte laag SiC te vormen rond de plek waar de reactie heeft plaatsgevonden. Bij direct gesinterde productie wordt groen of zwart siliciumcarbide in een vlamboogoven geplaatst bij hoge temperaturen onder intense druk, waardoor in beide processen dichte lagen rond de reactiepunten ontstaan.

Siliciumcarbide heeft naast zijn fysische en mechanische eigenschappen nog tal van andere elektronische toepassingen. Als halfgeleidermateriaal met een brede bandkloof kan siliciumcarbide hoge spanningen verwerken met een lagere lekstroom dan vergelijkbare apparaten, waardoor het geschikt is voor toepassingen in de vermogenselektronica. Bovendien is siliciumcarbide duurzamer gebleken in omgevingen met hoge temperaturen dan andere materialen zoals siliciumdioxide.

Chemische eigenschappen

Siliciumcarbide (SiC en carborundum) is een industrieel kristallijn mineraal dat zowel als halfgeleider als keramiek wordt gebruikt. In pure vorm is het kleurloos, maar afhankelijk van onzuiverheden kan het groen of blauw van tint worden. Elke laag in deze structuur bestaat uit twee koolstofatomen die verbonden zijn met één siliciumatoom om een tetrahedrale bindingsconfiguratie te vormen met vier andere siliciumatomen om polytypestructuren of structuren met verschillende rangschikkingen voor het stapelen van de lagen te vormen, wat resulteert in verschillende polytypes of structuren.

Ceramica is een van de hardste geavanceerde keramische materialen en heeft een extreem hoog smeltpunt. Het is chemisch inert met slechts zeer kleine reacties wanneer het wordt blootgesteld aan specifieke zuren (zoutzuur, zwavelzuur en fluorwaterstofzuur) of basen zoals geconcentreerd natriumhydroxide; daarnaast is het een uitstekende thermische isolator en heeft het een hoge corrosieweerstand onder de niet-oxide keramische materialen.

Siliciumcarbide is een van de hardste materialen en wordt alleen geëvenaard door boorcarbide en diamant. Het wordt veel gebruikt in snijgereedschappen vanwege de extreme hardheid, autoremmen, kogelvrije vesten en andere structuren vanwege de sterkte en schokbestendigheid. Vuurvaste materialen en keramiek gebruiken siliciumcarbide vanwege de lage thermische uitzettingscoëfficiënt en hittebestendigheid; elektronica gebruikt het vanwege de elektrische eigenschappen - hoge elektrische veldsterkte en maximale stroomdichtheid zijn slechts enkele voorbeelden.

Siliciumcarbide biedt een superieure spanningsweerstand bij gebruik in elektronische schakelingen, overtreft galliumnitride voor systemen met hoogspanningstoepassingen en heeft een lagere lekstroom bij hogere temperaturen. Een ander belangrijk voordeel is de lagere lekstroom bij deze temperaturen.

Moissaniet wordt gemaakt van siliciumdioxide dat bij hoge temperaturen in een elektrische oven wordt gereduceerd met koolstof. Het werd voor het eerst ontdekt in 1893 als moissaniet in de meteoorkrater Canyon Diablo in Arizona. Edward Goodrich Acheson ontdekte het per ongeluk toen hij in het begin van de 19e eeuw kunstmatige diamanten probeerde te produceren; uiteindelijk ontwikkelde hij processen voor massaproductie.

Mechanische eigenschappen

Is Siliciumcarbide een keramiek, de mechanische eigenschappen van keramische materialen worden bepaald door hoe ze vervormen onder belasting en omvatten treksterkte, slagsterkte, buigsterkte en interlaminaire schuifsterkte. Deze eigenschappen zijn afhankelijk van zowel de structuur als de omgeving. Siliciumcarbide heeft een onregelmatige kristallijne structuur die bestaat uit tetrahedral koolstof-silicium bindingen. Door de lage dichtheid biedt het zowel hardheid en duurzaamheid als chemische en thermische stabiliteit bij hogere temperaturen; bovendien is het bestand tegen corrosie met brede bandkloof eigenschappen waardoor het nuttig is in halfgeleiders en toepassingen voor vermogenselektronica.

De hardheid van siliciumcarbide hangt af van de zuiverheid en de wijze van vorming. Commerciële polykristallijne poeders variëren meestal tussen 10-20 MPa, terwijl variëteiten met één kristal veel hogere hardheidswaarden hebben, die in sommige gevallen 80 MPa bereiken. De deeltjesgrootte speelt ook een rol; grotere korrels vertonen meestal lagere hardheidswaarden dan hun kleinere tegenhangers.

Siliciumcarbide keramiek kan worden geproduceerd via twee verschillende processen - reactiebinding en sinteren - die beide een significante invloed hebben op de microstructuur. Reactiegebonden silicium wordt gevormd door compacts met siliciumpoeder en koolstof te infiltreren met vloeibaar silicium, dat reageert met koolstof om meer SiC te vormen dat zich vervolgens bindt aan initiële deeltjes SiC om taaie en brosse materialen met een lage dichtheid te vormen; aan de andere kant produceert sinteren dichtere maar brosse materialen met goede mechanische eigenschappen.

Siliciumcarbide werd voor het eerst in massaproductie genomen in 1893 voor gebruik als schuurmiddel. Sinds die tijd wordt het gebruikt in slijpschijven, snijgereedschappen, vuurvaste bekledingen in industriële ovens, keramische kogelvrije vestplaten en elektronische toepassingen zoals lichtgevende diodes (LED) en detectoren in vroege radio's - naast vele andere toepassingen.

Door zijn abrasiviteit is siliciumcarbide een effectieve vervanger voor diamant in gereedschapsbits en slijpschijven, maar ook in slijtdelen zoals slijpschijven en autoremmen. Bovendien is siliciumcarbide een uitstekend materiaal voor gebruik als vuurvaste materialen voor elektrische ovens en als verwarmingselementen in spanningsgevoelige apparaten zoals thermistors en varistors.