Vaated: 0 Autor: saidi toimetaja Avaldage aeg: 2025-01-14 Origin: Sait
Ränikarbiid (SIC) ja alumiiniumoksiid (Al2O3) on kaks kõige laialdasemalt tunnustatud materjali arenenud keraamika maailmas. Mõlemat materjali hinnatakse kõrgelt kareduse, tugevuse ja kõrge termilise stabiilsuse poolest, muutes need ideaalseks kandidaatideks mitmesuguste tööstuslike rakenduste jaoks. Nende kõvaduse võrdlemisel tuleb siiski arvesse võtta mitmeid tegureid, sealhulgas nende kristallstruktuur, töötlemismeetodid ja konkreetsed kasutusviisid, mille jaoks need sobivad. Selles artiklis uurime räni karbiidi ja alumiiniumoksiidi omadusi, keskendudes spetsiaalselt nende kõvadusele ja uurime, kuidas räni karbiidi valmistatakse, selle sulamistemperatuuri ja erinevaid vorme, sealhulgas paagutatud ja kristalsed variatsioonid.
Ränikarbiid on räni ja süsiniku ühend, millel on SIC keemiline valem. Kõige sagedamini leidub seda looduses kui mineraalmoissaniid, mis on haruldane ja toimub meteoriitide puhul. Siiski toodetakse kommertst räni karbiidi tavaliselt sünteetiliselt ränidioksiidi (SiO2) ja süsiniku (C) kombinatsiooni kaudu kõrgel temperatuuril.
Räni karbiidi valmistatakse traditsiooniliselt Achesoni protsessina tuntud protsessi abil, mis hõlmab ränidioksiidi liiva ja süsiniku segu kuumutamist elektri ahjus temperatuuridel vahemikus 2000 kuni 2500 kraadi Celsius. Süsin vähendab ränidioksiidi, mille tulemuseks on räni karbiidi ja vingugaasi gaasi moodustumine. See protsess annab toote, mis võib sõltuvalt kasutatud tingimustest varieeruda tera suuruse, kristallide struktuuri ja puhtuse osas.
Tootmisvorm hõlmab keemilist aurude ladestumist (CVD) ja sublimatsioonitehnikat, mis võib toota kõrge puhtusarja räni karbiidi kristalle. Neid meetodeid kasutatakse sageli suure jõudlusega materjalide korral, näiteks pooljuhtide rakenduste või suure elektrilise elektroonika jaoks.
Ränikarbiid on tuntud oma erakordse kõvaduse poolest, mis teeb sellest abrasiivide ja lõikamisvahendite jaoks ideaalse materjali. Materjali kõvadust mõõdetakse tavaliselt MOHS -skaala abil, kus teemantidele määratakse väärtus 10, mis on skaalal kõrgeim. MOHS -i skaalal on ränikarbiid vahemikus 9 kuni 9,5, mis asetab selle teemantidest alla ja teeb sellest ühe kõige tuntuma materjali. See tähelepanuväärne kõvadus on peamiselt tingitud materjali kristallstruktuurist ning räni ja süsinikuaatomite tugevale kovalentsele sidemele.
Räni karbiidi kristallstruktuur mängib selle kõvaduses olulist rolli. Ränikarbiid võib kasutada mitmesuguseid kristallvorme, sealhulgas kuusnurkseid (6H) ja kuupkonfiguratsioone. Kuusnurkne vorm on kõige tavalisem ja sellel on märkimisväärne kõvadus ja termiline stabiilsus, muutes selle sobivaks suure jõudlusega rakendusteks. Kuubikulu, ehkki endiselt väga kõva, kasutatakse oma ainulaadsete elektriliste omaduste tõttu sagedamini pooljuhtide seadmetes.
Räni karbiidi kristallide kindla aatomstruktuuri tõttu on sellel kõrge vastupidavus kulumisele, korrosioonile ja termilisele lagunemisele. Need omadused muudavad SIC -i suurepäraseks kasutamiseks karmides keskkondades, näiteks lennunduse, autotööstuse ja sõjaliste rakenduste jaoks, kus komponendid puutuvad kokku äärmuslike tingimustega.
Veel üks räni karbiidi oluline eelis teiste materjalide suhtes on selle kõrge sulamistemperatuur. Räni karbiidi sulamistemperatuur on umbes 2700 kraadi Celsiuse, mis on oluliselt kõrgem kui alumiiniumoksiidi (mille sulamistemperatuur on umbes 2 072 kraadi Celsius). See kõrge sulamistemperatuur annab räni karbiidile selge eelise rakendustes, mis vajavad kõrget termilist stabiilsust ja vastupidavust soojuse põhjustatud lagunemisele, näiteks ahjudes, raketipihustites ja elektriklektroonikas kasutatavates komponentides.
Võimalus taluda ekstreemset temperatuuri ilma selle struktuurilist terviklikkust kaotamata muudab räni karbiidi populaarseks valikuks tööstusharudes, mis nõuavad nii kõvadust kui ka kuumuskindlust. Lisaks on materjali soojusjuhtivus suurepärane, mis aitab soojuse tõhusat hajumist ja aitab vältida suure võimsusega seadmetes ülekuumenemist.
Paagutatud räni karbiid viitab räni karbiidi vormile, mis on toodetud kuumutamisel pulbrilise räni karbiidi rõhu all, moodustades tiheda, tahke materjali. See paagutusprotsess hõlmab kõrgete temperatuuride kasutamist, et julgustada räni karbiidi terade omavahel sidemeid, kõrvaldades poorsuse ja suurendades materjali üldist tugevust.
Paagutatud räni karbiidi kasutatakse tavaliselt laias valikus rakendustes, sealhulgas kulumiskindlad komponendid, soojusvahetid, tihendid ja laagrid. Paagutusprotsessi saab kontrollida, et saada erinev tihedus ja poorsus, mis võimaldab konkreetsetele rakendustele sobivaid kohandatud mehaanilisi omadusi. Lisaks säilitavad paagutatud räni karbiidimaterjalid algse materjali põhiomadusi, sealhulgas selle kõrge kõvadus, kulumiskindlus ja kõrge soojusjuhtivus.
Alumiiniumoksiid, tuntud ka kui alumiiniumoksiid (AL2O3), on veel üks laialdaselt kasutatav keraamiline materjal. Nagu räni karbiidil, hinnatakse ka alumiiniumoksiid oma kõvaduse ja tugevuse poolest kõrgelt. Seda kasutatakse tavaliselt abrasiivmaterjalides, lõikamisriistades ja tööstuskeraamikas. Alumiiniumoksiidi toodetakse Bayeri protsessi kaudu alumiiniumhüdroksiidi sisaldava baasiidi rafineerimisel. Seejärel hakatakse materjali kõrgele temperatuurile, et saada tihe ja tahke alumiiniumoksiidi vorm.
Alumiiniumoksiidi kõvadus on muljetavaldav, MOHS -i skaala hinnang on 9. See teeb sellest ühe kõige raskema materjali, ehkki see on pisut pehmem kui räni karbiid, millel võib olla MOHS -i reiting kuni 9,5, sõltuvalt konkreetsest kristallstruktuurist. Vaatamata sellele kergele erinevusele on alumiiniumoksiidil oma eelised, sealhulgas kõrgemad elektriisolatsiooniomadused ja madalamad tootmiskulud võrreldes räni karbiidiga.
Räni karbiidi ja alumiiniumoksiidi kõvadust võrdlemisel on selge, et räni karbiidil on tavaliselt serv. Nagu varem mainitud, võib räni karbiidil olla MOHS -i skaalal kuni 9,5, samas kui alumiiniumoksiidi hinnatakse tavaliselt 9 -le. See väike erinevus ei pruugi esmapilgul tunduda märkimisväärne, kuid tööstuslikes rakendustes, kus kõvadus ja kulumiskindlus on ülioluline, võib isegi väikseim erinevus avaldada suurt mõju. Ränikarbiidi tugevamad aatomsidemed ja jäigem kristallstruktuur annavad sellele parema kulumiskindluse ja üldise kõvaduse, muutes selle paremaks valikuks suure jõudlusega rakenduste jaoks, mis nõuavad äärmist vastupidavust.
Kuigi mõlemal materjalil on palju sarnasusi, muudavad nende ainulaadsed omadused erinevate rakenduste jaoks paremini sobivaks. Ränikarbiid, millel on oma kõrge kõvadus, kõrge sulamistemperatuur ja suurepärane soojusjuhtivus, sobib ideaalselt suure jõudlusega keskkonnas kasutamiseks. Seda kasutatakse sageli lõiketööriistade, abrasiivide ja kõrgtemperatuuride komponentide valmistamisel. Materjali vastupidavus kulumisele ja termilisele šokile muudab selle ideaalseks kasutamiseks autotööstuses ja kosmosetööstuses, eriti komponentides nagu pidurikettad, turboülelaadurid ja tõukeseibid.
Seevastu alumiiniumoksiidi kasutatakse sagedamini rakendustes, kus prioriteet on elektriisolatsioon või kulutõhusus. Sageli leidub seda elektroonika, elektriisolaatorite ja lõikamisvahenditega, eriti kui madalamad kulud ja töötlemise lihtsus on olulised kaalutlused.
Kokkuvõtteks võib öelda, et kuigi nii räni karbiid kui ka alumiiniumoksiid on erakordselt kõvad materjalid, millel on muljetavaldavad omadused, peetakse räni karbiidi üldiselt raskemaks kui alumiiniumoksiid. Kõrgem MOHS -i kareduse hinnang koos selle kõrge sulamistemperatuuri ja suurepärase soojusjuhtivusega annab räni karbiidile selgeks eelise paljudes tööstuslikes rakendustes. Kas abrasiivide, kõrgtemperatuuriliste komponentide või arenenud elektroonika korral muudab räni karbiidi parem kõvadus selle valitud materjali mitmesuguste nõudlike kasutusalade jaoks.
Lisateavet Silicon Carbide'i ja muude Ferroalloy toodete kohta leiate meie veebisaidilt aadressil www.zzferroalloy.com.
