خواص و کاربردهای کاربید سیلیکون
کاربید سیلیکون نه تنها یک ماده نسوز عالی است. اما همچنین یک ماده سنگ زنی، مواد ضد خوردگی و مواد رسانای حرارتی است که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد. ماده شیمیایی اصلی کاربید سیلیکون SiC با نام دیگر کاربوراندوم است. بسیاری از خواص عالی را دریافت می کند.
کاربید سیلیکون مورد استفاده در محصولات صنعتی به طور مصنوعی در دمای بالای 2200-2500 درجه سانتیگراد سنتز می شود که در طبیعت تقریباً وجود ندارد. مواد اولیه اصلی کاربید سیلیکون مصنوعی عبارتند از شن کوارتز (سیلیکا)، کک نفتی و مواد کمکی خاک اره، نمک و … عنصر شن کوارتز SiO2 است که سیلیسیم را برای کاربید سیلیکون تامین می کند. عنصر کک نفتی C است که کربن کاربید سیلیکون را تامین می کند. مواد کمکی در فرآیند واکنش ذوب شرکت نمی کنند و نقش تراشه های چوب افزایش نفوذپذیری شارژ کوره است. نمک سفره فقط به ذوب کاربید سیلیکون سبز اضافه می شود و باعث می شود رنگ آن سبز به نظر برسد.
تقسیم بر رنگ، کاربید سیلیکون شامل کاربید سیلیکون سیاه و کاربید سیلیکون سبز است . آنها از نظر خلوص و سختی متفاوت هستند. خلوص کاربید سیلیکون سیاه کمی کمتر از کاربید سیلیکون سبز است. کربن سیاه دارای محتوای SiC کمتر از 98٪ است. کربوراندوم سبز خلوص SiC را بیش از 99 درصد بدست می آورد. آنها هر دو فاز α بلورهای کاربید سیلیکون هستند.
هر دو کاربید سیلیکون سبز و سیاه دارای خواص مشترک زیر هستند:
| فهرست مطالب | کاربید سیلیکون سیاه (گرید A) | کاربید سیلیکون سبز |
| ترکیب شیمیایی | SiC: 98-99.2٪ | SiC 98.8-99.5٪ |
| سختی Mohs: | 9.2-9.3 | 9.4-9.5 |
| سختی ویکر: | 28-32 گیگا پاسکال | 33-34 گیگا پاسکال |
| وزن مخصوص: | 3.15-3.20 گرم بر سانتی متر 3 | 3.2-3.45 گرم بر سانتی متر 3 |
| چگالی ظاهری (LPD بستگی به اندازه دارد): | 0.8-1.5 گرم بر سانتی متر 3 | 0.6-1.5 گرم بر سانتی متر 3 |
| رنگ: | مشکی | سبز |
| شکل ذرات: | شش ضلعی | شش ضلعی |
| مدول الاستیسیته | 58-65×10 6 psi | 58-65×10 6 psi |
| ضریب انبساط حرارتی | 3.9-4.5×10 -6 /°C | 4.0-4.8×10 -6 /°C |
| رسانایی حرارتی (در 25 درجه سانتیگراد) | 70-130 W/M·K | 60-200W/M·K |
| ماده خام | کک نفتی، ماسه کوارتز | کک نفتی، ماسه کوارتز، نمک |
| مشخصات موجود | F12-F220,F230-F1200,P40-P5000 | F12-F220,F230-F2000 |
هر دو کاربید سیلیکون سبز و سیاه دارای خواص مشترک زیر هستند:
1. پایداری شیمیایی در دمای بالا:
کاربید سیلیکون دارای نقطه ذوب بسیار بالا و مقاومت خوب در دمای بالا است که می تواند خواص فیزیکی و شیمیایی پایدار را در محیط های با دمای بالا حفظ کند. کاربید سیلیکون در دمای 1400 درجه سانتیگراد اکسید نمی شود بلکه لایه ای از لایه نازک دی اکسید سیلیکون را روی سطح کریستال تشکیل می دهد. در نتیجه، لایه نازک نیز به ظاهر کاربید سیلیکون یک درخشش رنگین کمان رنگارنگ می دهد.
2. مقاومت خوب در برابر دمای بالا:
کاربید سیلیکون دارای نقطه ذوب بسیار بالایی است و می تواند در دماهای بالا از 1800 تا 1900 درجه سانتیگراد با دمای پایین دست 2300 درجه سانتیگراد مقاومت کند. کاربید سیلیکون همچنین دارای استحکام و مقاومت خوبی در برابر ضربه در دماهای بالا است که آن را به یک ماده نسوز متداول تبدیل می کند. در تولید فولاد
3. سختی بالا:
کاربید سیلیکون سختی بسیار بالایی دارد، فقط کمتر از الماس. این کاربید سیلیکون را قادر می‌سازد تا در زمینه‌هایی مانند اصطکاک، برش و سنگ‌زنی، مقاومت به سایش و عملکرد بسیار خوبی داشته باشد. در مقیاس Mohs، سختی الماس Mohs 10.0، سختی کاربید سیلیکون سبز Mohs 9.4-9.5 (سختی ویکرز 33-34Gpa) و سختی کاربید سیلیکون سیاه Mohs 9.2-9.3 (سختی ویکرز 28) است. 32Gpa).
4. مقاومت در برابر خوردگی عالی:
کاربید سیلیکون در برابر اکثر اسیدها و قلیاها مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد. با اسیدها و بازهای قوی واکنش نشان نمی دهد و می تواند برای مدت طولانی در دماهای پیچیده و محیط های شیمیایی به طور پایدار مورد استفاده قرار گیرد.
5. هدایت حرارتی عالی:
کاربید سیلیکون رسانایی حرارتی بالایی دارد، با هدایت حرارتی 60-200 W/M · K در دمای اتاق، که می تواند به طور موثر گرما را انتقال دهد. بنابراین برای مواد یا پوشش های رسانای حرارتی مانند هیت سینک و هیت سینک مناسب است.
6. ضریب انبساط حرارتی کمتر:
ضریب انبساط حرارتی کاربید سیلیکون 3.9-4.5 x10-6 / ℃ است که برای ساخت محصولات نسوز استفاده می شود و سرامیک های SiC کمتر مستعد خزش و تغییر شکل هستند.
7. عملکرد عایق عالی:
کاربید سیلیکون عملکرد عایق بالایی دارد و می تواند عملکرد عایق را در دماهای بالا و شرایط میدان الکتریکی بالا حفظ کند. بنابراین، اغلب به عنوان قطعات الکترونیکی و مواد عایق استفاده می شود و همچنین ماده اولیه اصلی برای تولید سرامیک کاربید سیلیکون است.
8. چگالی ظاهری کمتر:
وزن مخصوص کاربید سیلیکون 3.2 گرم بر سانتی متر مکعب است که از اکثر فلزات و کوراندوم کمتر است.
9. شکنندگی و چقرمگی:
اگرچه کاربید سیلیکون سختی بالایی دارد، اما شکنندگی قوی و چقرمگی کمی دارد. چقرمگی کاربید سیلیکون سیاه بیشتر از کاربید سیلیکون سبز است.