خواص کاربید سیلیکون

کاربید سیلیکون (SiC) که به شن و ماسه کربوراندوم نیز معروف است، به ندرت در طبیعت یافت می شود و معمولاً به عنوان یک ماده خام مصنوعی در صنعت استفاده می شود. خواص عالی مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر سایش را به دست می آورد. دارای دو شکل کریستالی است: مورفولوژی دمای پایین β- SiC، متعلق به ساختار مکعبی، و فرم دمای بالا α- SiC متعلق به ساختار شش ضلعی. کاربید سیلیکون بر اساس رنگ دارای دو نوع است: کاربید سیلیکون سبز و کاربید سیلیکون سیاه.

چگالی واقعی آن 3.21 گرم بر سانتی متر مکعب است و دمای تجزیه (تععید) 2600 ℃ است.
این یک ماده سخت با سختی Mohs 9.2 است.
ضریب انبساط حرارتی SiC قابل توجه نیست و متوسط ​​ضریب انبساط حرارتی SiC 4.4 در محدوده 25 ℃ ~ 1400 ℃ × 10-6 / ℃ است.

عملکرد کاربید سیلیکون

کاربید سیلیکون رسانایی حرارتی بالایی دارد (58.6W/m · K). معمولاً هر چه میزان SiC بیشتر باشد دما کمتر و رسانایی حرارتی بیشتر می شود. ضریب انبساط حرارتی پایین و هدایت حرارتی بالا می تواند باعث شود که مواد نسوز SiC پایداری شوک حرارتی خوبی داشته باشند.
در دماهای پایین، خواص شیمیایی کاربید سیلیکون نسبتاً پایدار است، با مقاومت عالی در برابر سایش و خوردگی. همچنین در برابر خوردگی در اسید هیدروکلریک در حال جوش، اسید سولفوریک و اسید هیدروفلوریک مقاوم است. با این حال، در دماهای بالا، می تواند با فلزات، نمک ها و گازهای خاص واکنش نشان دهد. کاربید سیلیکون در یک اتمسفر احیا کننده تا دمای 2600 درجه سانتیگراد پایدار می ماند، اما اکسیداسیون در یک جو اکسید کننده با دمای بالا رخ می دهد:

SiC+2O2 → SiO2+CO2

علاوه بر این، ماده کاربید سیلیکون یک ماده غیر اکسیدی با پیوند کووالانسی قوی و توانایی پخت ضعیف با اکسیدها است.
SiC به دلیل مزایایی مانند ضریب انبساط حرارتی پایین، هدایت حرارتی بالا، استحکام در دمای بالا، مقاومت خوب در برابر سرباره و توانایی تشکیل به طور گسترده به عنوان یک افزودنی برای بهبود خواص مواد، به ویژه مقاومت در برابر سرباره و پایداری شوک حرارتی استفاده می شود. اکسیداسیون محافظ

موارد استفاده از مواد کاربید سیلیکون:

کاربید سیلیکون (SiC) در مواد نسوز شکل

در مواد نسوز شکل دار، کاربید سیلیکون را می توان به عنوان جزء اصلی برای ساخت محصولات SiC یا به عنوان یک افزودنی برای ساخت محصولات نیمه SiC استفاده کرد.
مواد دیرگداز SiC به نوعی از مواد نسوز پیشرفته با SiC به عنوان جزء اصلی اطلاق می شود که از SiC صنعتی به عنوان ماده اولیه پخته می شود که به عنوان محصولات SiC نیز شناخته می شود. محصولات SiC را می توان بر اساس محتوای SiC، نوع چسب و مقدار اضافه طبقه بندی کرد. عملکرد مواد تا حد زیادی به شرایط پیوند بین ذرات SiC در مواد بستگی دارد. بنابراین محصولات SiC معمولاً بر اساس نوع فاز پیوند طبقه بندی می شوند. با توجه به مراحل مختلف اتصال، سرامیک های کاربید سیلیکون مانند SiC با پیوند اکسید، SiC با پیوند نیترید، SiC خود پیوند، SiC متخلخل واکنش نفوذ سیلیکون و غیره وجود دارد. محصولات نسوز نیمه SiC آنهایی هستند که حاوی کاربید سیلیکون به عنوان ثانویه
هستند یا جزء کمکی با توجه به مواد مختلف آن، محصولات SiC کلینکر خاک رس، محصولات کاربید اکسید آلومینیوم بالا و محصولات SiC کوراندوم وجود دارد. به دلیل وجود کاربید سیلیکون در این محصولات، پایداری شوک حرارتی، هدایت حرارتی و استحکام آنها به طور قابل توجهی بهبود یافته است.

افزودن مقدار کمی کاربید سیلیکون به محصولات رسی کلینکر SiC تاثیر بسزایی در بهبود پایداری شوک حرارتی محصولات دارد. با افزایش محتوای پودر ریز SiC در مواد تشکیل دهنده، پایداری شوک حرارتی محصولات به تدریج بهبود می یابد. افزودن مقدار مناسب SiC (مناسب ترین مقدار 30 درصد) به محصولات آلومینیومی با SiC بالا و افزودن مقدار مناسب اسید فسفریک، محصولات دارای پایداری شوک حرارتی بالا، هدایت حرارتی خوب و استحکام بالا هستند. افزودن مقدار کمی پودر ریز SiC به محصولات SiC کوراندوم می تواند به طور قابل توجهی پایداری شوک حرارتی آنها را بهبود بخشد. با افزایش مقدار پودر ریز SiC، پایداری شوک حرارتی به طور مرتب افزایش می یابد. به عنوان مثال، با استفاده از کوراندوم قهوه ای به عنوان سنگدانه، افزودن پودر ریز SiC 10٪، استفاده از اسید فسفریک به عنوان چسب، شکل دهی با فشار بالا و عملیات حرارتی در دمای 1450 درجه سانتیگراد برای تولید آجرهای ریل کشویی برای کوره های گرمایش نورد فولادی، اثر کاربرد این است. خوب

کاربید سیلیکون (SiC) در مواد نسوز آمورف

در مواد دیرگداز آمورف، کاربید سیلیکون را می توان به عنوان جزء اصلی برای ساخت مواد ریخته گری مبتنی بر SiC استفاده کرد. این ماده به عنوان یک افزودنی برای بهبود عملکرد سایر مواد ریخته گری به ویژه از نظر مقاومت در برابر سرباره و پایداری شوک حرارتی عمل می کند. تحقیق در مورد بهبود خواص ریخته گری توسط SiC عمدتاً بر جنبه هایی مانند ریخته گری کوراندوم و ریخته گری آلومینا بالا متمرکز است.
رایج ترین کاربرد SiC در مواد دیرگداز آمورف برای پوشش کاری کانال تپ کوره بلند می باشد که بیش از 20 سال سابقه دارد و عملکرد خوبی دارد. در حال حاضر، ریخته گری Al2O3-SiC-C به طور گسترده در کوره های بلند بزرگتر هم در داخل و هم در سطح بین المللی استفاده می شود، که عمر مفید کانال آهن را تا حد زیادی افزایش می دهد. علاوه بر این، مواد نسوز آمورف حاوی SiC به طور گسترده در صنعت آهن و فولاد به عنوان آستر برای پیش تصفیه فلزات داغ، گنبد و کوره های القایی استفاده می شود. پوشش دیوار جانبی محفظه احتراق و پوشش محافظ لوله دیگ بخار زباله سوز. آستر پیش گرمکن کوره سیمان در صنعت سیمان; پوشش جداکننده سیکلون نیروگاه های حرارتی، محفظه احتراق، آستر و جداکننده دمای بالا بویلرهای بستر سیال در گردش. تخته های سوله کوره پخت و همچنین خروجی های سیلیکون و آلومینیوم در صنعت سرامیک.

به طور خلاصه، افزودن SiC می تواند استحکام در دمای بالا و پایداری شوک حرارتی مواد ریخته گری مبتنی بر Al2O3-SiO2 را بهبود بخشد. با این حال، تحقیقات در مورد مقاومت SiC در برابر خوردگی سرباره هنوز گزارش نشده است.
اما SiC از نظر ترمودینامیکی به راحتی با اکسیژن موجود در هوا واکنش می دهد. در کاربردهای عملی، به ویژه در دمای بالا، فشار کم اکسیژن و اثرات طولانی مدت، سرعت اکسیداسیون SiC بسیار سریع است.

از طریق مطالعه ریزساختار لایه اکسیداسیون با دمای بالا بر روی سطح SiC، مشخص شد که لایه اکسیداسیون تولید شده توسط مواد SiC در محدوده 1040 ~ 1560 ℃ دارای ویژگی های زیر در مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا است:

1) زیر 1360 ℃، لایه اکسیداسیون تشکیل شده بر روی سطح ذرات SiC بسیار نازک است. هیچ تغییر قابل توجهی در ریزساختار وجود ندارد. مقاومت اکسیداسیون خوب است و در مرحله پایداری از مقاومت در برابر اکسیداسیون قرار دارد.

2) هنگامی که دما از 1360 ℃ تجاوز می کند، ضخامت لایه اکسید روی سطح SiC به طور قابل توجهی با افزایش دما افزایش می یابد. لایه اکسید تشکیل شده دارای منافذ زیادی است. با این حال، به دلیل افزایش تدریجی لایه اکسید، SiC همچنان عملکرد آنتی اکسیدانی به اندازه کافی بالایی از خود نشان می دهد. این فرآیند یک مرحله انتقالی است.

3) بالای 1520 ℃، ضخامت لایه اکسید بزرگتر است و سطح بیرونی نسبتا صاف است. با این حال، SiO2 در حالت مذاب دارای جریان پذیری قوی است که باعث می شود لایه اکسیداسیون در لبه ها و گوشه های ذرات SiC نازک تر شود. گاز حاصل از واکنش اکسیداسیون SiC مستعد فرار و تشکیل منافذ است. این کانالی را برای ورود اکسیژن فراهم می کند و سرعت اکسیداسیون SiC را تسریع می کند. این مرحله یک مرحله اکسیداسیون سریع است.

4) هیچ منطقه انتقال آشکاری بین لایه SiO2 تشکیل شده روی سطح و ماتریس SiC وجود ندارد.