Свойства и применение карбида кремния

Карбид кремния – это не только отличный огнеупорный материал. Но также это широко используемый шлифовальный материал, антикоррозионный материал и теплопроводящий материал. Основным химическим веществом карбида кремния является SiC, другое название — карборунд. Он приобретает множество превосходных свойств.

Карбид кремния, используемый в промышленных изделиях, синтезируется искусственно при высоких температурах 2200-2500°С, что практически не существует в природе. Основным сырьем синтетического карбида кремния являются кварцевый песок (кремнезем), нефтяной кокс, а вспомогательными материалами — опилки, соль и т. д. Элементом кварцевого песка является SiO2, обеспечивающий кремний для карбида кремния. Элементом нефтяного кокса является C, который обеспечивает углерод для карбида кремния. Вспомогательные материалы не участвуют в процессе реакции плавки, а роль щепы заключается в повышении проницаемости шихты. Поваренную соль добавляют только при плавке зеленого карбида кремния, благодаря чему он приобретает зеленый цвет. 

Карбид кремния, разделенный по цвету, включает черный карбид кремния и зеленый карбид кремния . Они различаются по чистоте и твердости. Чистота черного карбида кремния немного ниже, чем у зеленого карбида кремния. Черный карборунд имеет содержание SiC не менее 98%. Зеленый карборунд приобретает чистоту SiC более 99%. Оба они представляют собой α-фазу кристаллов карбида кремния.

И зеленый, и черный карбид кремния имеют следующие общие свойства:

И зеленый, и черный карбид кремния имеют следующие общие свойства:

1. Химическая стабильность при высоких температурах:

Карбид кремния имеет очень высокую температуру плавления и хорошую устойчивость к высоким температурам, что позволяет сохранять стабильные физические и химические свойства в высокотемпературных средах. Карбид кремния не окисляется при температуре 1400°С, а вместо этого образует на поверхности кристалла слой тонкой пленки диоксида кремния. В результате тонкая пленка придает карбиду кремния красочный радужный блеск.

2. Хорошая устойчивость к высоким температурам:

Карбид кремния имеет очень высокую температуру плавления и может выдерживать высокие температуры в диапазоне от 1800 до 1900°C, с температурой на выходе 2300°C. Карбид кремния также обладает хорошей прочностью и ударопрочностью при высоких температурах, что делает его широко используемым огнеупорным материалом. в производстве стали.

3. Высокая твердость:

Карбид кремния имеет чрезвычайно высокую твердость, лишь ниже, чем у алмаза. Это позволяет карбиду кремния иметь превосходную износостойкость и эффективность шлифования в таких областях, как трение, резка и шлифование. По шкале Мооса твердость алмаза составляет 10,0 по Моосу, твердость зеленого карбида кремния — 9,4-9,5 по Моосу (твердость по Виккерсу 33-34ГПа), твердость черного карбида кремния — 9,2-9,3 по Моосу (твердость по Виккерсу 28- 32ГПа).

4. Отличная коррозионная стойкость:

Карбид кремния обладает превосходной коррозионной стойкостью к большинству кислот и щелочей. Он не вступает в реакцию с сильными кислотами и основаниями и может стабильно длительное время использоваться при сложных температурах и химических средах.

5. Отличная теплопроводность:

Карбид кремния обладает высокой теплопроводностью: теплопроводность 60-200 Вт/м·К при комнатной температуре, что позволяет эффективно передавать тепло. Поэтому он подходит для теплопроводного материала или покрытия, такого как радиаторы и радиаторы.

6. Более низкий коэффициент теплового расширения:

Коэффициент термического расширения карбида кремния составляет 3,9-4,5х10-6/℃, его используют для изготовления огнеупорных изделий, а керамика SiC менее склонна к ползучести и деформации.

7. Отличные изоляционные характеристики:

Карбид кремния обладает высокими изоляционными характеристиками и может сохранять стабильные изоляционные характеристики при высоких температурах и условиях сильного электрического поля. Поэтому он часто используется в качестве электронных компонентов и изоляционных материалов, а также является основным сырьем для производства керамики из карбида кремния.

8. Более низкая объемная плотность:

Удельный вес карбида кремния составляет 3,2 г/см3, что ниже, чем у большинства металлов и корунда.

9. Хрупкость и прочность:

Хотя карбид кремния обладает высокой твердостью, он обладает сильной хрупкостью и несколько плохой ударной вязкостью. Прочность черного карбида кремния выше, чем у зеленого карбида кремния.

Карбид кремния хорошо работает во многих областях. Это касается главным образом следующих аспектов:

1. Абразивы и абразивный инструмент:

Карбид кремния обладает превосходной износостойкостью и широко используется при изготовлении абразивных изделий. Черный карбид кремния подходит для производства шлифовальных кругов, водной наждачной бумаги, абразивных щеток из карбида кремния, шлифовальных дисков из стальной бумаги, шлифовальных кругов из волокна и т. д. Эти абразивные инструменты используются для шлифования металлов, сплавов, дерева и обычного стекла. Зеленый карбид кремния подходит для производства абразивных изделий, таких как шлифовальные круги из смолы, алмазные шлифовальные круги, водные шлифовальные круги, хонинговальные бруски, шлифовальные круги из ПВА и шлифовальные блоки из алмазной глины.

2. Шлифование и полировка:

Карбид кремния как абразив может широко использоваться для пескоструйной обработки и пассивации мрамора, гранита, титановых и медных сплавов. Обычное применение — пассивация кромок твердых сплавов из карбида вольфрама. Порошок карбида кремния применяется в двусторонних шлифовальных станках для шлифования с водой изделий из сплавов и керамики для достижения идеальной шероховатости поверхности. Кроме того, карбид кремния в качестве шлифовальной среды для прокатных шлифовальных станков может работать вместе с шлифовальными камнями или ореховым песком для удаления заусенцев и полировки заготовок из нержавеющей стали, сплавов и нефрита.

3. Керамические изделия:

Карбид кремния можно использовать для изготовления различных керамических изделий, таких как керамические уплотнения, керамические подшипники, керамические трубы, сопла из карбида кремния и т. д. Его также можно использовать для производства пенокерамики, металлургических керамических фильтрующих мембран из карбида кремния, сажевых ловушек Керамические мембраны и часто используется для производства противопулевых керамических пластин, композитной керамики из карбида кремния, карбида бора и другой промышленной керамики.

4. Огнеупорные материалы:

Карбид кремния может использоваться для изготовления огнеупорного кирпича, тиглей из карбида кремния, шихты из карбида кремния и других продуктов и играет важную роль в производстве черной металлургии.

5. Лакокрасочная промышленность:

Карбид кремния обладает высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью. Он может работать как добавка к тефлоновым антипригарным (тефлоновым) покрытиям, УФ-покрытиям и фторполимерам. Эта добавка значительно повышает стойкость к окислению и коррозионную стойкость покрытий.

6. Электронные устройства:

Карбид кремния обладает хорошей теплопроводностью и стабильностью при высоких температурах. Он подходит для изготовления электронных радиаторов, электронных упаковочных материалов, силовых полупроводниковых приборов и т. д.
Кроме того, SiC также широко используется в химической, аэрокосмической, автомобильной промышленности и других областях, играя важную роль.