کاربرد سیلیکون کارباید
سیلیکون کارباید که با نماد شیمیایی SiC نشان داده میشود، یک ماده معدنی جامد بلوری است. از این ترکیب در صنایع به عنوان کاربرد سیلیکون کارباید در نیمههادی و سرامیک استفاده میشود که معمولاً به آن “کاربیدیوم” گفته میشود.
سیلیکون کارباید به طور طبیعی در یک ماده معدنی بسیار کمیاب به نام “مویسانیت” وجود دارد. کاربیدهای سیلیکون خالص به صورت بلورهای بیرنگ و شفاف ظاهر میشوند. وقتی ناخالصیهایی مانند نیتروژن یا آلومینیوم به آنها اضافه میشوند، بلورهای سیلیسیم کاربید بسته به سطح ناخالصی سبز یا آبی به نظر میرسند.
کاربید سیلیکون بیشتر به دلیل سختی و مقاومت بالایی که دارد مورد استفاده قرار میگیرد، اگرچه ویژگیهای ترکیبی سرامیکی و نیمههادی آن را برای ساخت دستگاههای واکنش سریع، ولتاژ بالا و دمای بالا به یک گزینه بسیار عالی تبدیل میکند. برای کسب اطلاعات بیشتر در این رابطه در ادامه مقاله با ما در شرکت پخش انواع روتاری جوینت همراه باشید.
کاربرد سیلیکون کارباید
سیلیکون کاربید، که با نام Carborundum نیز شناخته میشود، ترکیبی از سیلیکون و کربن است. کاربید سیلیکون یک ماده نیمههادی است که به عنوان ماده ای در حال ظهور برای ساخت دستگاههای نیمههادی استفاده میشود. این ترکیب توسط ادوارد آچسون در سال ۱۸۹۱ کشف شد و در واقع از مهمترین مواد سرامیکی صنعتی کشف شده است و نقش اصلی را در انقلاب صنعتی ایفا کرده است و هنوز هم به عنوان ماده افزودنی برای مواد ساینده و تولید فولاد و سرامیک ساختاری به طور گسترده ای استفاده میشود.
کشف سیلیکون کارباید
دکتر ادوارد گودریچ آچسون دانشمندی بود که زمانی کنار توماس ادیسون کار میکرد. او ابتدا تلاش میکرد الماس مصنوعی بسازد ولی به طور اتفاقی سیلیکون کاربید را سنتز کرد. از لحاظ تئوری میتوان الماسها را در آزمایشگاه تولید کرد، بنابراین او تصمیم گرفت با استفاده از مواد بر پایه کربن الماس را سنتز کند. او در آزمایش خود فلز سرب را از یک دینام به یک ظرف لوله کشی متصل کرد که پر از خاک رس و کک پودر شده بود.
هنگامی که این مخلوط در معرض دمای بالا قرار گرفت هیچ گونه الماسی تولید نشد اما متوجه لکههای روشن در انتهای سرب شد. سرب را برداشت و آن را روی یک صفحه شیشهای کشید و آن ماده مانند الماس شیشه را برش داد. آنچه که او موفق به ساخت آن شد اولین ماده ساخت دست بشر بود که به اندازه کافی سخت بود که بتواند شیشه را برش دهد.
او همچنین هنگامی که بلورهای سیاه رنگ آبی را کشف کرد، فکر میکرد ترکیبی از کوراندوم و کربن است ، کربن را در کورنوم مذاب یا آلومینا حل میکرد ، به همین دلیل این ماده را carborundum نامید. اگرچه اولین استفاده از این ترکیب به عنوان ساینده بود اما از آن زمان بعد در برنامههای الکترونیکی و بسیاری از مصارف مهندسی مورد استفاده قرار میگیرد.
ساختار سیلیکون کارباید
سیلیکون کارباید در یک ساختار بسته بندی شده با اتصالات نزدیک بهم قرار دارد. اتم ها در این ساختار به گونه ای مرتب شده اند که دو چهار ضلعی حاوی چهار اتم کربن و چهار سیلیکون به یک اتم مرکزی Si و C متصل می شوند. این چهار ضلعی ها از گوشه های خود به یکدیگر متصل شده و برای ایجاد ساختارهای قطبی روی هم قرار گرفته اند.
واحدهای چهار ضلعی متصل بهم در این ترکیب ساختارهای قطبی به نام Polytypes را تشکیل می دهند.
در واقع سیلیکون **کاربید** از عناصر سبک ، سیلیکون (Si ) و کربن (C ) تشکیل شده است. بلوک اصلی سازنده آن کریستالی از چهار اتم کربن است که یک چهار ضلعی تشکیل می دهد و با پیوند کووالانسی به یک اتم سیلیکون در مرکز متصل می شود. SiC همچنین یک چند شکلی را به نمایش می گذارد زیرا در فازهای مختلف و ساختارهای بلوری وجود دارد.
کاربرد سیلیکون کارباید
همانطور که گفتیم این ترکیب در ماده معدنی موسانیت وجود دارد، اما به ندرت در طبیعت یافت میشود. بنابراین، به روش مصنوعی توسط یک تکنیک سنتتیک به نام روش Acheson تولید میشود که به نام مخترع آن، ادوارد جی آچسون، نامگذاری شده است. در این فرآیند، سیلیس خالص (SiO۲) یا ماسه کوارتز و کک نفتی ریز آسیاب شده (کربن) در کوره مقاومتی الکتریکی مخلوط شده و تا دمای بالا در حدود ۱۷۰۰ تا ۲۵۰۰ درجه سانتیگراد گرم میشوند. در اینجا، واکنش اصلی شیمیایی منجر به تشکیل -SiC نشان داده شده است:
سیلیکون کارباید یک شمش استوانهای در اطراف هسته ایجاد میکند و لایههای ɑ-SiC، β-SiC و یک ماده غیرواکنشی را در خارج تشکیل میدهد. ɑ-SiC بالاترین گرید با ساختار بلوری درشت است و β-SiC گرید متالورژی است. بر اساس کیفیت مواد اولیه، SiC میتواند به صورت سبز یا سیاه تولید شود. سپس شمشهای SiC برای کاربردهای دیگر فرآوری میشوند.
به طور معمول، سیلیکون کارباید با استفاده از فرآیند Acheson تولید میشود که شامل گرم کردن ماسه سیلیس و کربن تا دمای بالا در کوره گرافیت Acheson است. این ترکیب میتواند به صورت پودر ریز یا توده پیوندی تشکیل شود که قبل از استفاده به عنوان ماده اولیه پودر، باید خرد و آسیاب شود. هنگامی که سیلیکون کاربید به صورت پودر در میآید، میتوان دانههای ترکیب را از طریق پخت بههم پیوند داد و یک سرامیک مهندسی بسیار مفید تشکیل داد که در صنایع تولیدی کاربردهای گستردهای دارد.
خصوصیات کلیدی سیلیکون کارباید
ضریب شکست سیلیکون کارباید از الماس بیشتر است و دارای رسانایی گرمایی بالا و ضریب انبساط حرارتی پایینی است. این ماده با این ویژگی ها می تواند در برابر شوک حرارتی مقاومت کرده و خواص برجسته ای ایجاد کند که برای بسیاری از صنایع مفید است.
همچنین سیلیکون کارباید یک نیمه هادی است و به لطف خصوصیات الکتریکی خود طیف وسیعی از کاربردها را به خود اختصاص می دهد. همچنین به دلیل سختی بسیار زیاد شناخته شده و مقاومت بالا در برابر خوردگی، کاربردهای بسیار گسترده ای دارد.
کاربردهای عمده سیلیکون کارباید
سیلیکون کارباید کاربردهای زیادی در صنایع مختلف دارد. سختی فیزیکی آن باعث می شود برای استفاده در فرایندهای ماشینکاری ساینده مانند سنگ زنی ، تراش ، انفجار شن و برش جت آب ایده آل باشد.
مقاومت این ماده در برابر دمای بسیار بالا بدون شکستن و تحریف آن را به ماده ای مناسب برای ساخت دیسک های ترمز سرامیکی اتومبیل های اسپرت تبدیل کرده است. سیلیکون کارباید همچنین در جلیقه های ضد گلوله و به عنوان یک ماده مهر و موم برای عایق کردن شافت پمپ هایی که با سرعت زیاد کار می کنند، استفاده می شود. هدایت گرمایی بالای سیلیکون کارباید مهمترین مزیتی است که این ماده را قادر می سازد گرمای اصطکاکی تولید شده در یک رابط مالشی را از بین ببرد.
سختی سطحی بالای سیلیکون کارباید منجر به استفاده از آن در بسیاری از کاربردهای مهندسی می شود که به درجه بالایی از مقاومت در برابر سایش در برابر لغزش ، فرسایش و خوردگی نیاز است. از این ویژگی ها می توان در اجزای مورد استفاده در پمپ ها یا دریچه هایی در میدان نفتی که اجزای فلزی متداول میزان سایش بیش از حد را نشان می دهند، استفاده کرد.
بدون دیدگاه