خصائص وتطبيقات كربيد السيليكون
كربيد السيليكون ليس فقط مادة حرارية ممتازة. ولكنها أيضًا مادة طحن شائعة الاستخدام، ومواد مضادة للتآكل، ومواد موصلة للحرارة. المادة الكيميائية الرئيسية لكربيد السيليكون هي كربيد السيليكون، مع اسم آخر كاربوروندوم. يحصل على العديد من الخصائص الممتازة.
يتم تصنيع كربيد السيليكون المستخدم في المنتجات الصناعية بشكل صناعي عند درجات حرارة عالية تصل إلى 2200-2500 درجة مئوية، وهو أمر يكاد يكون معدومًا في الطبيعة. المواد الخام الرئيسية لكربيد السيليكون الاصطناعي هي رمل الكوارتز (السيليكا)، وفحم الكوك، والمواد المساعدة هي نشارة الخشب، والملح، وما إلى ذلك. عنصر رمل الكوارتز هو SiO2، الذي يوفر السيليكون لكربيد السيليكون. عنصر فحم الكوك البترولي هو C، والذي يوفر الكربون لكربيد السيليكون. لا تشارك المواد المساعدة في عملية تفاعل الصهر، ودور رقائق الخشب هو زيادة نفاذية شحنة الفرن. يتم إضافة ملح الطعام فقط إلى صهر كربيد السيليكون الأخضر، مما يجعله يبدو أخضر اللون.
مقسمًا حسب اللون، يتضمن كربيد السيليكون كربيد السيليكون الأسود وكربيد السيليكون الأخضر . وهي تختلف حسب النقاء والصلابة. نقاء كربيد السيليكون الأسود أقل قليلاً من نقاء كربيد السيليكون الأخضر. يحصل الكاربورندوم الأسود على محتوى SiC لا يقل عن 98%. يحصل الكاربورندوم الأخضر على درجة نقاء كربيد السيليكون بأكثر من 99%. كلاهما مرحلة ألفا من بلورات كربيد السيليكون.
يتمتع كل من كربيد السيليكون الأخضر والأسود بالخصائص المشتركة التالية:
| فِهرِس | كربيد السيليكون الأسود (الصف) | كربيد السيليكون الأخضر |
| التركيب الكيميائي | كربيد: 98-99.2% | كربيد السيليكون 98.8-99.5% |
| صلابة موس: | 9.2-9.3 | 9.4-9.5 |
| صلابة فيكر: | 28-32 جيجا | 33-34 المعدل التراكمي |
| جاذبية معينة: | 3.15-3.20 جم/سم 3 | 3.2-3.45 جم/سم 3 |
| الكثافة الظاهرية (LPD تعتمد على الحجم): | 0.8-1.5 جم/سم 3 | 0.6-1.5 جم/سم 3 |
| لون: | أسود | أخضر |
| شكل الجسيمات: | سداسي الشكل | سداسي الشكل |
| معامل المرونة | 58-65×10 6 رطل لكل بوصة مربعة | 58-65×10 6 رطل لكل بوصة مربعة |
| معامل التمدد الحراري | 3.9-4.5×10 -6 / درجة مئوية | 4.0-4.8×10 -6 / درجة مئوية |
| الموصلية الحرارية (عند 25 درجة مئوية) | 70-130 واط/م·ك | 60-200 واط/م·ك |
| مواد خام | فحم الكوك، رمل الكوارتز | فحم الكوك، رمل الكوارتز، الملح |
| المواصفات المتوفرة | F12-F220، F230-F1200، P40-P5000 | F12-F220، F230-F2000 |
يتمتع كل من كربيد السيليكون الأخضر والأسود بالخصائص المشتركة التالية:
1. الاستقرار الكيميائي عند درجات الحرارة العالية:
يتمتع كربيد السيليكون بنقطة انصهار عالية جدًا ومقاومة جيدة لدرجات الحرارة العالية، والتي يمكن أن تحافظ على خصائص فيزيائية وكيميائية مستقرة في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. لا يتأكسد كربيد السيليكون عند درجة حرارة 1400 درجة مئوية ولكنه بدلاً من ذلك يشكل طبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون على سطح البلورة. ونتيجة لذلك، فإن الغشاء الرقيق يعطي أيضًا مظهر كربيد السيليكون بريق قوس قزح ملون.
2. مقاومة جيدة لدرجات الحرارة العالية:
يتمتع كربيد السيليكون بنقطة انصهار عالية جدًا ويمكنه تحمل درجات حرارة عالية تتراوح من 1800 إلى 1900 درجة مئوية، مع درجة حرارة تصل إلى 2300 درجة مئوية. يتمتع كربيد السيليكون أيضًا بقوة جيدة ومقاومة للصدمات في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مادة حرارية شائعة الاستخدام. في إنتاج الصلب.
3. صلابة عالية:
يتمتع كربيد السيليكون بصلابة عالية للغاية، أقل من الماس فقط. يتيح ذلك لكربيد السيليكون أن يتمتع بمقاومة تآكل ممتازة وأداء طحن في مجالات مثل الاحتكاك والقطع والطحن. في مقياس موس، صلابة الماس هي موس 10.0، وصلابة كربيد السيليكون الأخضر هي 9.4-9.5 موس (صلابة فيكرز 33-34 جيجا باسكال)، وصلابة كربيد السيليكون الأسود هي 9.2-9.3 موهس (صلابة فيكرز 28- 32 جيجا باسكال).
4. مقاومة ممتازة للتآكل:
يتمتع كربيد السيليكون بمقاومة ممتازة للتآكل لمعظم الأحماض والقلويات. لا يتفاعل مع الأحماض والقواعد القوية ويمكن استخدامه بثبات لفترة طويلة تحت درجات حرارة وبيئات كيميائية معقدة.
5. الموصلية الحرارية الممتازة:
يتمتع كربيد السيليكون بموصلية حرارية عالية، مع موصلية حرارية تتراوح بين 60-200 واط/م · كلفن في درجة حرارة الغرفة، مما يمكنه نقل الحرارة بشكل فعال. ولذلك، فهي مناسبة للمواد أو الطلاءات الموصلة حرارياً، مثل المشتتات الحرارية والمشتتات الحرارية.
6. انخفاض معامل التمدد الحراري:
معامل التمدد الحراري لكربيد السيليكون هو 3.9-4.5 x10-6/°C، ويستخدم في صناعة المنتجات المقاومة للحرارة وسيراميك SiC أقل عرضة للزحف والتشوه.
7. أداء عزل ممتاز:
يتمتع كربيد السيليكون بأداء عزل عالي ويمكنه الحفاظ على أداء عزل مستقر في ظل درجات الحرارة المرتفعة وظروف المجال الكهربائي العالية. لذلك، غالبًا ما يتم استخدامه كمكونات إلكترونية ومواد عازلة، وهو أيضًا المادة الخام الرئيسية لإنتاج سيراميك كربيد السيليكون.
8. انخفاض الكثافة الظاهرية:
تبلغ الكثافة النوعية لكربيد السيليكون 3.2 جم/سم 3، وهي أقل من معظم المعادن وأكسيد الألمونيوم.
9. الهشاشة والمتانة:
على الرغم من أن كربيد السيليكون لديه صلابة عالية، إلا أنه يتمتع بهشاشة قوية وصلابة ضعيفة قليلاً. صلابة كربيد السيليكون الأسود أعلى من كربيد السيليكون الأخضر.