Är kiselkarbid en keramisk produkt?

Är kiselkarbid en keramik, kiselkarbidkeramik har en enastående Mohs hårdhetsgrad på 9,5, vilket gör den till ett av de hårdaste materialen på jorden. Dessutom har kiselkarbid hög värmeledningsförmåga, låga termiska expansionshastigheter och utmärkt kemisk korrosionsbeständighet vid förhöjda temperaturer.SiC är ett viktigt material i många applikationer som kräver hög värmebeständighet och styrka, inklusive kvarnar, expanderare och extruders; fungerar också som en ingrediens i keramiska eldfasta material som kvarnar; mekaniska tätningar förlitar sig starkt på SiC för sin styrka.

Vad gör det till en keramik?

Kiselkarbid (SiC) är en oorganisk kemisk förening som består av kisel och kol och som finns naturligt som moissanit, men massproduktionen inleddes 1893 för användning som slipmaterial. SiC-keramik kan tillverkas genom olika processer, t.ex. reaktionsbindning eller sintring, för att uppnå jämn tjocklek och hållbarhet.

Keramik är en term som ofta används av ingenjörer för att beskriva olika tekniska material som skiljer sig avsevärt i både kemiska och fysiska egenskaper. Mekanikingenjörer kan referera till keramik som består av relativt orena SiC-kristalliter som binds samman med bindemedel under värme och tryck som keramik; elektroingenjörer kan referera till enkristallina SiC-wafers med hög renhet som keramik.

Men "keramik" kan också avse icke-oxidkeramik som tål tuffa förhållanden som höga temperaturer och starka kemikalier. Kiselkarbid (SiC) är ett sådant material som ofta används som slipmedel, ståltillsats och strukturkeramik. Dessutom har SiC nyligen blivit en utbredd halvledare med brett bandgap som används i högeffektselektronikapplikationer.

erbjuder vi ett omfattande sortiment av eldfasta keramer av industriell kvalitet i form av sintrad kiselkarbid (SiSiC) och skummad SiC. Båda formerna av detta icke-oxidkeramiska material erbjuder hög motståndskraft mot korrosion, slitage och utmattning samt exceptionellt höga slutanvändningstemperaturer (2000degC).

Skummad SiC tillverkas genom att porösa kiselkarbidråvaror reagerar med flytande kisel med hjälp av additiv- eller gjutformningsmetoder för att bilda en sintringsbar kompakt som sedan kan omformas i en sintringsugn till ett helt tätt mikrostrukturmaterial - såsom Hexoloy(r). Sintrade SiC-produkter som Hexoloy(r) har blivit kommersiellt gångbara genom olika tillverkningsmetoder.

SiC eldfasta keramer används i stor utsträckning vid tillverkning av slipmedel och ståltillsatser, men de används också inom flyg- och rymdindustrin, tribologiska komponenter för 3D-utskrift, ballistik, kemisk bearbetning, dynamisk tätningsteknik (friktionslager/ mekaniska tätningar/slitage-/erosionsbeständiga komponenter i pumpsystem/rörsystem), styr-/avböjningselement i rörsystem och många andra industriella användningsområden. De slitage- och erosionsbeständiga egenskaperna gör SiC till ett attraktivt materialval som möjliggör dynamisk tätningsteknik samt slitage- och erosionsbeständiga komponenter som används i många industriella tillämpningar - t.ex. inom rymdindustrin/tribologiska komponenter som används inom 3D-printing/ 3D-printing/ballistik/kemisk bearbetning/kemisk bearbetning/kemisk bearbetningsindustri/ballistik/kemisk bearbetningsindustri/kemisk bearbetningsindustri/kemisk bearbetningsindustri etc. Den termiska stabiliteten hos kiselkarbidkeramik gör den lämplig för andra industriella tillämpningar, t.ex. inom rymdindustrin; slitage- och erosionsbeständiga pumpkomponenter som används som styr- och avböjningselement i rörsystem etc.

Fysikaliska egenskaper

Kiselkarbid (SiC) är ett hårt material med en Mohsskala på 9, mellan diamant (10) och aluminiumoxid (9). Vidare har SiC utmärkt korrosionsbeständighet; det är extremt stabilt i luftmiljöer samtidigt som det motstår nedbrytning av många vanliga kemikalier som syror, alkalier och smälta salter. Dessutom gör den låga expansionshastigheten att den är ganska motståndskraftig mot termisk chock.

Kiselkarbidens kemiska struktur består av sammankopplade kol- och kiseltetraedrar som hålls samman av starka bindningar i kristallgittret, vilket ger den utmärkt styrka. Kiselkarbid angrips inte av de flesta organiska lösningsmedel och är inte reaktiv med vatten eller syre, men reagerar med klor vid höga temperaturer och bildar SiO2. Kiselkarbid har utmärkt slitstyrka, hård yta som tål tunga belastningar och stötar, låg värmeledningskoefficient, god värmeutvidgningskoefficient och är resistent mot de flesta syror.

Pansarkeramer har blivit en av de mest användbara avancerade keramer som används idag och används i så vitt skilda applikationer som skärverktyg, strukturella material som skottsäkra västar tillverkade av keramiska plattor, bilkomponenter som bromsskivor och transmissionsdelar, blixtavledare och till och med speglar till astronomiska teleskop.

Är kiselkarbid en keramik, kiselkarbidproduktion involverar flera tekniker, med reaktionsbunden och direktsintrad är två av de vanligaste. Reaktionsbunden SiC kan bildas genom att blanda pulveriserad SiC med pulveriserat kol och mjukgörare innan du pressar i form innan du tillför gasformigt eller flytande kisel i det för att bilda ett tunt men tätt lager av SiC runt där det reagerades med. Direktsintrad produktion innebär att grön eller svart kiselkarbid placeras i en elektrisk ljusbågsugn vid höga temperaturer under intensivt tryck - vilket skapar täta lager runt reaktionspunkterna i båda processerna.

Kiselkarbid har många elektroniska tillämpningar utöver sina fysiska och mekaniska egenskaper. Som halvledarmaterial med brett bandgap kan kiselkarbid bära höga spänningar med lägre läckström än jämförbara enheter - vilket gör det lämpligt för applikationer inom kraftelektronik. Dessutom har kiselkarbid visat sig vara mer hållbart i miljöer med höga temperaturer än andra material som t.ex. kiseldioxid.

Kemiska egenskaper

Kiselkarbid (SiC och karborundum) är ett kristallint industrimineral som används både som halvledare och keramik. Den är färglös i ren form, men beroende på föroreningar kan den få en grön eller blå nyans. Varje lager i denna struktur består av två kolatomer som är förenade med en kiselatom för att bilda en tetraedrisk bindningskonfiguration med fyra andra kiselatomer för att bilda polytypstrukturer eller strukturer med olika arrangemang för stapling av lagren vilket resulterar i olika polytyper eller strukturer.

Ceramica är ett av de hårdaste avancerade keramiska materialen och har en extremt hög smältpunkt. Kemiskt inert med endast mycket små reaktioner när det utsätts för specifika syror (saltsyra, svavelsyra och fluorvätesyra) eller baser som koncentrerad natriumhydroxid; dessutom fungerar det som en utmärkt värmeisolator och har hög korrosionsbeständighet bland icke-oxidkeramer.

Kiselkarbid är ett av de hårdaste materialen, endast överträffat av borkarbid och diamant. Det används i stor utsträckning i skärverktyg på grund av sin extrema hårdhet, i bilbromsar, skottsäkra västar och andra strukturer på grund av sin styrka och motståndskraft mot stötar. Eldfasta material och keramik använder kiselkarbid på grund av dess låga värmeutvidgningskoefficient och motståndskraft mot värmechocker; elektronik använder det på grund av dess elektriska egenskaper - hög elektrisk fältstyrka och maximal strömtäthet är bara några exempel.

Kiselkarbid ger överlägsen spänningsresistans när den används i elektroniska kretsar och överträffar galliumnitrid för system som använder högspänningsapplikationer och har lägre läckström vid högre temperaturer. En annan viktig fördel är den lägre läckströmmen vid dessa temperaturer.

Moissanit framställs av kiseldioxid som reduceras med kol vid höga temperaturer i en elektrisk ugn. Först upptäckt 1893 som moissanit från dess bildning i Arizonas Canyon Diablo-meteoritkrater. Edward Goodrich Acheson upptäckte den av misstag när han försökte producera konstgjorda diamanter i början av 1800-talet och utvecklade så småningom processer för massproduktion av den.

Mekaniska egenskaper

Är kiselkarbid en keramik, mekaniska egenskaper hos keramiska material bestäms av hur de deformeras under belastning och inkluderar draghållfasthet, slaghållfasthet, böjhållfasthet och interlaminär skjuvhållfasthet. Dessa egenskaper beror på både dess struktur och miljö. Kiselkarbid har en oregelbunden kristallin struktur som består av tetraedriska bindningar mellan kol och kisel. På grund av sin låga densitet erbjuder den både hårdhet och hållbarhet samt kemisk och termisk stabilitet vid högre temperaturer; dessutom motstår den korrosion med breda bandgapsegenskaper som gör den användbar i halvledare och kraftelektronikapplikationer.

Kiselkarbidens hårdhet beror på dess renhet och bildningsmetod. Kommersiella polykristallina pulver ligger vanligtvis mellan 10-20 MPa medan enkristallina varianter har mycket högre hårdhetsvärden, i vissa fall upp till 80 MPa. Partikelstorleken spelar också en roll; större korn tenderar att uppvisa lägre hårdhetsvärden än sina mindre motsvarigheter.

Kiselkarbidkeramik kan tillverkas genom två olika processer - reaktionsbindning och sintring - som båda har en betydande inverkan på dess mikrostruktur. Reaction bonded sic bildas genom att kompakter som innehåller pulveriserat kisel och kol infiltreras med flytande kisel, som reagerar med kolet för att bilda mer SiC som sedan binds till de första partiklarna av SiC för att bilda sega och spröda material med låg densitet; å andra sidan ger sintring tätare men sprödare material med goda mekaniska egenskaper.

Kiselkarbid massproducerades första gången 1893 för användning som slipmedel. Sedan dess har det använts i slipskivor, skärverktyg, eldfasta foder i industriugnar, keramiska plattor i skottsäkra västar och elektroniska applikationer som lysdioder (LED) och detektorer i tidiga radioapparater - bland många andra användningsområden.

Kiselkarbidens abrasiva egenskaper har gjort den till en effektiv ersättning för diamant i verktygsbitar och slipskivor samt i slitdelar som slipskivor och bilbromsar. Dessutom är kiselkarbid ett utmärkt material för användning som eldfast material i elektriska ugnar samt som värmeelement i spänningskänsliga enheter som termistorer och varistorer.