مواد کاربید سیلیکون

کاربید سیلیکون یک ماده خام مهم در صنایع مدرن است. کاربردهایی از جمله سرامیک پیشرفته SiC، ساینده، غیر لغزش، نیمه هادی و غیره وجود دارد. بیایید ببینیم چگونه توسعه یافته است.

رتبه اتمی NO. کربن و سیلیکون 6 و 14 هستند. به ترتیب در دوره دوم و سوم عناصر گروه کربن در جدول تناوبی قرار دارند. این رابطه موقعیتی به این معنی است که آنها از برخی جهات دارای ویژگی های مشابه هستند.

کربن در همه جا در زندگی ما وجود دارد و ترکیبات حاوی کربن اساس مادی زندگی هستند. سیلیکون همچنین در پوسته زمین به وفور یافت می شود، به ویژه کاربرد آن در نیمه هادی ها و ارتباطات مدرن، که باعث پیشرفت تمدن بشری شده است.

در دنیای شیمی، کربن و سیلیکون مانند برادران یک خانواده هستند. آنها میلیاردها سال است که روی زمین زندگی می کنند، اما دوستی قوی مرگ و زندگی را تشکیل نداده اند. سنگ معدن کاربید سیلیکون در طبیعت بسیار نادر است.

در سال 1824، دانشمند سوئدی، جونز یاکوب برزلیوس، وجود کاربید سیلیکون (SiC) را هنگام سنتز الماس مشاهده کرد، که مقدمه ای را برای تحقیقات انسانی در مورد مواد کاربید سیلیکون باز کرد. تا سال 1891، EG Acheson آمریکایی به طور تصادفی کاربید سیلیکون را هنگام انجام آزمایشات الماس ذوب شده دریافت کرد. در آن زمان دانشمندان تصور می کردند که مواد مخلوطی از الماس است. بنابراین آنها کاربید سیلیکون را سنباده نامیدند.

در سال 1893، آچسون روشی را برای ذوب صنعتی کاربید سیلیکون ابداع کرد که اغلب به آن کوره آچسون می گویند که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد. این روش همانند کوره مقاومتی با مواد کربنی به عنوان بدنه هسته است و مخلوط کوارتز SiO2 و کربن توسط الکتریسیته برای تولید کاربید سیلیکون گرم می شود.

عناصر C و Si به یکدیگر پیوسته اند تا کاربید سیلیکون را به ماده ای با خواص شیمیایی و فیزیکی بسیار عالی تبدیل کنند:

بی اثری شیمیایی برتر

سختی بالا

استحکام بالا

ضریب انبساط حرارتی پایین

هدایت حرارتی بالا

نوعی نیمه هادی

کاربید سیلیکون خالص نوعی کریستال شفاف است. کاربید سیلیکون صنعتی به دلیل نوع و محتوای ناخالصی به رنگ زرد کم رنگ، سبز، آبی یا حتی سیاه است. در این میان، شفافیت با خلوص آن متفاوت است. ساختار کریستالی کاربید سیلیکون به α-SiC شش ضلعی یا رومبوهدرال و β-SiC مکعبی (کاربید سیلیکون مکعبی) تقسیم می شود. α-SiC به دلیل ساختارهای مختلف C و Si، انواع مختلفی را تشکیل می دهد. بیش از 70 نوع SiC وجود دارد.

کاربرد متداول مواد کاربید سیلیکون، سرامیک های کاربید سیلیکون است. دارای ویژگی های سختی بالا، مقاومت در برابر خوردگی بالا و استحکام در دمای بالا است. امروزه کاربرد کاربید سیلیکون از اولین ساینده ها در بسیاری از زمینه ها مانند یاتاقان ها، نیمه هادی ها، هوا فضا و شیمی توسعه یافته است. با توجه به سطح تماس زیاد بین مواد شیمیایی و دیواره داخلی میکروکانال، میکرو راکتور الزامات بسیار سختی در مورد مواد دیوار داخلی دارد. راکتورهای میکروکانالی نیز به یک کاربرد مهم کاربید سیلیکون تبدیل شده اند.