Näkymät: 0 Kirjailija: Sivuston editori Julkaisu Aika: 2025-01-14 Alkuperä: Paikka
Piharbidi (sic) ja alumiinioksidi (AL2O3) ovat kaksi edistyneen keramiikan maailman yleisimmin tunnustettua materiaalia. Molempia materiaaleja pidetään voimakkaasti niiden kovuuden, voimakkuuden ja korkean lämpövakauden suhteen, mikä tekee niistä ihanteellisia ehdokkaita moniin teollisuussovelluksiin. Niiden kovuuden vertaamiseksi on kuitenkin otettava huomioon useita tekijöitä, mukaan lukien niiden kiderakenne, prosessointimenetelmät ja erityiset käyttötarkoitukset, joihin ne sopivat. Tässä artikkelissa pohdimme piidarbidin ja alumiinioksidin ominaisuuksia, keskittyen erityisesti niiden kovuuteen ja tutkimme kuinka piiharbidia tehdään, sen sulatuslämpötila ja erilaiset muodot, mukaan lukien sintratut ja kiteiset variaatiot.
Piharbidi on pii- ja hiiliyhdiste, jossa on SIC: n kemiallinen kaava. Sitä esiintyy yleisimmin luonnossa mineraali -moissaniitina, joka on harvinainen ja esiintyy meteoriiteissa. Kaupallinen piikarbidi tuotetaan kuitenkin tyypillisesti synteettisesti piidioksidin (SiO2) ja hiilen (C) yhdistelmän kautta korkeissa lämpötiloissa.
Piharbidi tehdään perinteisesti käyttämällä prosessia, joka tunnetaan nimellä Acheson -prosessi, johon sisältyy piidioksidihiekan ja hiilen seoksen lämmittäminen sähköuunissa lämpötiloissa, jotka vaihtelevat välillä 2 000 - 2 500 astetta. Hiili vähentää piidioksidia, mikä johtaa piikarbidin ja hiilimonoksidikaasun muodostumiseen. Tämä prosessi tuottaa tuotteen, joka voi vaihdella viljan koon, kiderakenteen ja puhtauden suhteen käytetyistä erityisolosuhteista riippuen.
Edistyneempi tuotantomuoto sisältää kemiallisen höyryn laskeutumisen (CVD) ja sublimaatiotekniikan, jotka voivat tuottaa korkean puhtaan piikarbidikiteitä. Näitä menetelmiä käytetään usein, kun tarvitaan korkean suorituskyvyn materiaaleja, kuten puolijohdesovelluksiin tai suuritehoisiin elektroniikkaan.
Piharbidi tunnetaan poikkeuksellisesta kovuudestaan, mikä tekee siitä ihanteellisen materiaalin hioma -aineisiin ja leikkaustyökaluihin. Materiaalin kovuus mitataan yleensä MOHS -asteikolla, jossa timanteille annetaan arvo 10, mikä on asteikolla korkein. Mohs -asteikolla piiharbidi on välillä 9–9,5, mikä asettaa sen juuri timanttien alapuolelle ja tekee siitä yhden vaikeimmista tunnetuista materiaaleista. Tämä merkittävä kovuus johtuu pääasiassa materiaalin kiderakenteesta ja pii- ja hiiliatomien välisestä voimakkaasta kovalenttisesta sitomisesta.
Piharbidin kiderakenteella on merkittävä rooli sen kovuudella. Piharbidi voi omaksua erilaisia kidemuotoja, mukaan lukien kuusikulmainen (6H) ja kuutio (3C) kokoonpanot. Kuusikulmainen muoto on yleisin ja sillä on huomattava kovuus ja lämpöstabiilisuus, joten se sopii korkean suorituskyvyn sovelluksiin. Kuutiomuotoa, vaikka se on edelleen erittäin kovaa, käytetään yleisemmin puolijohdelaitteissa sen ainutlaatuisten sähköominaisuuksien vuoksi.
Piharbidikiteiden voimakkaan atomirakenteen vuoksi sillä on erinomainen vastus kulumiselle, korroosiolle ja lämmön hajoamiselle. Nämä ominaisuudet tekevät SiC: stä erinomaisen materiaalin käytettäväksi ankarissa ympäristöissä, kuten ilmailu-, auto- ja sotilassovelluksissa, joissa komponentit altistuvat äärimmäisille olosuhteille.
Toinen merkittävä piidarbidi -edu muihin materiaaleihin nähden on sen korkea sulamislämpötila. Piharbidin sulamislämpötila on noin 2700 celsiusastetta, mikä on huomattavasti korkeampi kuin alumiinioksidin (jonka sulamispiste on noin 2 072 celsiusastetta). Tämä korkea sulamislämpötila antaa piikarbidille selkeän edun sovelluksissa, jotka vaativat suurta lämpöstabiilisuutta ja kestävyyttä lämmön aiheuttamalle hajoamiselle, kuten uuneissa, rakettirouttimissa ja tehoelektroniikassa käytetyissä komponenteissa.
Kyky kestää äärimmäiset lämpötilat menettämättä sen rakenteellista eheyttä tekee piikarbidista suositun valinnan toimialoilla, jotka vaativat sekä kovuutta että lämmönkestävyyttä. Lisäksi materiaalin lämmönjohtavuus on erinomainen, mikä auttaa tehokkaassa lämmön hajoamisessa ja auttaa estämään ylikuumenemisen suuritehoisissa laitteissa.
Sintrattu piikarbidi viittaa piidarbidimuotoon, joka on tuotettu kuumentamalla jauhemainen piiharbidi paineen alla tiheän, kiinteän materiaalin muodostamiseksi. Tämä sintrausprosessi sisältää korkeiden lämpötilojen käytön, jotta voidaan rohkaista piikarbidi -jyviä sitoutumaan toisiinsa, eliminoimalla huokoisuus ja lisäämällä materiaalin yleistä lujuutta.
Sintra-piikarbidia käytetään yleisesti monissa sovelluksissa, mukaan lukien kulutuskestävät komponentit, lämmönvaihtimet, tiivisteet ja laakerit. Sintrausprosessia voidaan ohjata tuottamaan erilaisia tiheys- ja huokoisuustasoja, mikä mahdollistaa räätälöityjä mekaanisia ominaisuuksia, jotka sopivat tiettyihin sovelluksiin. Lisäksi sintratut piikarbidimateriaalit säilyttävät alkuperäisen materiaalin perusominaisuudet, mukaan lukien sen korkea kovuus, kulutuskestävyys ja korkea lämmönjohtavuus.
Alumiinioksidi, joka tunnetaan myös nimellä alumiinioksidi (AL2O3), on toinen laajalti käytetty keraaminen materiaali. Kuten piikarbidi, alumiinioksidi on erittäin arvostettu sen kovuudesta ja voimasta. Sitä käytetään yleisesti hankaavia materiaaleja, leikkausvälineitä ja teollisuuskeramiikkaa. Alumiinioksidia tuotetaan puhdistamalla bauksiitti, malmi, joka sisältää alumiinihydroksidia Bayer -prosessin kautta. Sitten materiaali altistetaan korkeille lämpötiloille tiheän, kiinteän alumiinioksidin muodon tuottamiseksi.
Alumiinioksidin kovuus on vaikuttava, ja MOHS -asteikko on 9. Tämä tekee siitä yhden vaikeimmista saatavilla olevista materiaaleista, vaikkakin se on hiukan pehmeämpi kuin piikarbidi, jonka MOHS -luokitus on jopa 9,5, riippuen tietystä kiderakenteesta. Huolimatta tästä pienestä kovuuserosta, alumiinioksidilla on omat edut, mukaan lukien erinomaiset sähköeristysominaisuudet ja pienemmät tuotantokustannukset piikarbidiin verrattuna.
Kun verrataan piiharbidin ja alumiinioksidin kovuutta, on selvää, että piikarbidilla on yleensä reuna. Kuten aiemmin mainittiin, piikarbidi voi olla 9,5: een MOHS -asteikolla, kun taas alumiinioksidi on tyypillisesti arvo 9: ssä. Tämä pieni ero ei välttämättä näytä ensi silmäyksellä merkittäviä, mutta teollisissa sovelluksissa, joissa kovuus ja kulutuskestävyys ovat ratkaisevia, jopa pienimmällä erolla voi olla suuri vaikutus. Piharbidin voimakkaammat atomissidokset ja jäykempi kiderakenne antavat sille paremman hankausvastuksen ja yleisen kovuuden, mikä tekee siitä paremman valinnan korkean suorituskyvyn sovelluksiin, jotka vaativat äärimmäisen kestävyyttä.
Vaikka molemmilla materiaaleilla on monia yhtäläisyyksiä, niiden ainutlaatuiset ominaisuudet tekevät niistä paremmin sopivia eri sovelluksiin. Piharbidi, jolla on ylivoimainen kovuus, korkea sulamispiste ja erinomainen lämmönjohtavuus, on ihanteellinen käytettäväksi korkean suorituskyvyn ympäristöissä. Sitä käytetään usein leikkausvälineiden, hioma-aineiden ja korkean lämpötilan komponenttien valmistuksessa. Materiaalin kulumiskestävyys ja lämpöhakki tekee siitä myös ihanteellisen käytettäväksi auto- ja ilmailualan teollisuudessa, etenkin komponenteissa, kuten jarrulevit, turboahtimet ja työntövoimalakat.
Alumiinioksidia puolestaan käytetään yleisemmin sovelluksissa, joissa sähköeristys tai kustannustehokkuus on ensisijainen tavoite. Sitä esiintyy usein elektroniikassa, sähköeristimissä ja leikkaustyökaluissa, etenkin kun alhaisemmat prosessointikustannukset ja helppous ovat tärkeitä näkökohtia.
Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka sekä piikarbidi että alumiinioksidi ovat poikkeuksellisen kovia materiaaleja, joilla on vaikuttavia ominaisuuksia, piikarbidia pidetään yleensä kovempana kuin alumiinioksidi. Suurempi MOHS -kovuusluokka yhdistettynä sen korkeaan sulamislämpötilaan ja erinomaiseen lämmönjohtavuuteen, antaa piikarbidille selkeän edun monissa teollisuussovelluksissa. Silikonikarbidin ylivoimainen kovuus tekee siitä valittujen materiaalien laajalle vaativille käyttötarkoituksille joko hioma-aineissa, korkean lämpötilan komponenteissa tai edistyneessä elektroniikassa.
Lisätietoja piilarbidista ja muista ferroalloy -tuotteista on verkkosivustollamme osoitteessa www.zzferroalloy.com.
