Zobraziť: 0 Autor: Editor stránok Publikovať Čas: 2025-01-14 Pôvod: Miesto
Karbid kremíka (SIC) a oxid hlinitý (AL2O3) sú dva z najuznávanejších materiálov vo svete pokročilej keramiky. Oba materiály sú vysoko uznávané pre svoju tvrdosť, silu a vysokú tepelnú stabilitu, vďaka čomu sú ideálnymi kandidátmi na rôzne priemyselné aplikácie. Pokiaľ však ide o porovnanie ich tvrdosti, je potrebné zohľadniť množstvo faktorov, vrátane ich kryštálovej štruktúry, metód spracovania a konkrétnych použití, pre ktoré sú vhodné. V tomto článku sa ponoríme do vlastností karbidu kremíka a oxidu z hliníka, konkrétne zameraním sa na svoju tvrdosť a preskúmame, ako sa vyrába karbid kremíka, jeho teplota topenia a rôzne formy, ktoré má, vrátane spekaných a kryštalických variácií.
Karbid kremíka je zlúčenina kremíka a uhlíka s chemickým vzorcom SIC. Najčastejšie sa vyskytuje v prírode ako minerálny moissanit, ktorý je zriedkavý a vyskytuje sa v meteoritoch. Komerčný karbid kremíka sa však typicky synteticky vyrába kombináciou oxidu kremičitého (Si02) a uhlíka (C) pri vysokých teplotách.
Silikónový karbid sa tradične vyrába pomocou procesu známeho ako Acheson proces, ktorý zahŕňa zahrievanie zmesi kremičitého piesku a uhlíka v elektrickej peci pri teplotách v rozmedzí od 2 000 do 2 500 stupňov Celzia. Uhlík znižuje oxid kremičitý, čo vedie k tvorbe karbidu kremíka a plynu oxidu uhoľnatého. Tento proces poskytuje produkt, ktorý sa môže meniť z hľadiska veľkosti zŕn, kryštálovej štruktúry a čistoty, v závislosti od použitých konkrétnych podmienok.
Pokročilejšia forma výroby zahŕňa chemické ukladanie pár pary (CVD) a techniku sublimácie, ktorá môže produkovať vysokoškolské kryštály karbidu kremíka. Tieto metódy sa často používajú, keď sú potrebné vysokovýkonné materiály, napríklad pre polovodičové aplikácie alebo vysoko výkonnú elektroniku.
Silikónový karbid je známy svojou výnimočnou tvrdosťou, vďaka ktorej je ideálnym materiálom pre brúsivy a nástroje na rezanie. Tvrdosť materiálu sa bežne meria pomocou MOHS stupnice, kde sa diamantom pridelí hodnotu 10, čo je najvyššia na stupnici. Na Mohsovej stupnici sa karbid kremíka patrí medzi 9 a 9,5, čo ho umiestňuje tesne pod diamanty a robí z neho jeden z najťažších známych materiálov. Táto pozoruhodná tvrdosť sa primárne pripisuje kryštálovej štruktúre materiálu a silnému kovalentnému väzbe medzi atómami kremíka a uhlíka.
Kryštalická štruktúra karbidu kremíka hrá významnú úlohu v jeho tvrdosti. Karbid kremíka môže prijať rôzne kryštálové formy, vrátane konfigurácií hexagonálnych (6H) a kubických (3C). Hexagonálna forma je najbežnejšia a vykazuje pozoruhodnú tvrdosť a tepelnú stabilitu, vďaka čomu je vhodná pre vysokovýkonné aplikácie. Kubická forma, aj keď je stále veľmi tvrdá, sa častejšie používa v polovodičových zariadeniach vďaka svojim jedinečným elektrickým vlastnostiam.
Z dôvodu robustnej atómovej štruktúry kryštálov karbidov kremíka vykazuje vynikajúcu odolnosť voči opotrebovaniu, korózii a tepelnej degradácii. Vďaka týmto vlastnostiam sa SIC stáva vynikajúcim materiálom na použitie v tvrdých prostrediach, ako je letecký, automobilový a vojenský aplikácie, kde sú komponenty vystavené extrémnym podmienkam.
Ďalšou významnou výhodou karbidu kremíka oproti iným materiálom je vysoká teplota topenia. Teplota topenia karbidu kremíka je okolo 2 700 stupňov Celzia, ktorá je podstatne vyššia ako teplota oxidu hlinitého (ktorý má bod topenia približne 2 072 stupňov Celzia). Táto vysoká teplota topenia poskytuje karbid kremíka zreteľnú výhodu v aplikáciách, ktoré si vyžadujú vysokú tepelnú stabilitu a odolnosť voči degradácii vyvolanej teplom, napríklad v pecich, raketových dýz a komponentoch používaných v elektronike.
Schopnosť vydržať extrémne teploty bez straty štrukturálnej integrity robí z karbidu kremíka populárnou voľbou v odvetviach, ktoré vyžadujú tvrdosť aj tepelný odpor. Tepelná vodivosť materiálu je navyše vynikajúca, čo pomáha pri efektívnom rozptyle tepla a pomáha predchádzať prehriatiu vo vysokorýchlostných zariadeniach.
Spekaný karbid kremíka sa vzťahuje na formu karbidu kremíka, ktorý bol produkovaný zahrievaním práškového karbidu kremíka pod tlakom, aby sa vytvoril hustý, tuhý materiál. Tento proces spekania zahŕňa použitie vysokých teplôt na povzbudenie zrná z karbidu kremíka, aby sa spojili, eliminovali pórovitosť a zvýšilo celkovú pevnosť materiálu.
Spekaný karbid kremíka sa bežne používa v širokej škále aplikácií vrátane komponentov odolných voči opotrebeniu, tepelných výmenníkov, tesnení a ložísk. Proces spekania sa môže riadiť tak, aby sa vytvorilo rôzne úrovne hustoty a pórovitosti, čo umožňuje prispôsobené mechanické vlastnosti vhodné pre konkrétne aplikácie. Okrem toho spekané materiály z karbidu kremíka zachovávajú základné vlastnosti pôvodného materiálu vrátane jeho vysokej tvrdosti, odolnosti proti opotrebeniu a vysokej tepelnej vodivosti.
Oxid z hliníka, známy tiež ako Hliník (AL2O3), je ďalším široko používaným keramickým materiálom. Rovnako ako karbid kremíka, aj hliník je vysoko oceňovaný svojou tvrdosťou a silou. Bežne sa používa v abrazívnych materiáloch, rezných nástrojoch a priemyselnej keramike. Oxid z hliníka sa vytvára rafináciou bauxitu, rudy, ktorá obsahuje hydroxid hlinitý, prostredníctvom procesu Bayer. Materiál sa potom vystavuje vysokým teplotám, aby sa vytvorila hustá pevná forma oxidu hliníka.
Tvrdosť oxidu z hliníka je pôsobivá, s hodnotením stupnice MOHS 9. Vďaka tomu je jedným z najťažších dostupných materiálov, hoci je o niečo mäkší ako karbid kremíka, ktorý môže mať hodnotenie MOHS až do 9,5, v závislosti od špecifickej kryštálovej štruktúry. Napriek tomuto miernemu rozdielu v tvrdosti má oxid hliníka svoje vlastné výhody, vrátane vynikajúcich elektrických izolačných vlastností a nižších výrobných nákladov v porovnaní s karbidom kremíka.
Pri porovnaní tvrdosti karbidu kremíka a oxidu hlinitého je zrejmé, že karbid kremíka má vo všeobecnosti hranu. Ako už bolo spomenuté, karbid kremíka sa môže umiestniť až na 9,5 na stupnici MOHS, zatiaľ čo oxid hlinitý je zvyčajne hodnotený na 9. Tento mierny rozdiel sa na prvý pohľad nemusí zdať významný, ale v priemyselných aplikáciách, kde je tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu rozhodujúce, dokonca aj najmenší rozdiel môže mať zásadný vplyv. Silnejšie atómové väzby kremíka a rigidnejšia kryštálová štruktúra mu dodávajú vynikajúcu odolnosť proti oderu a celkovú tvrdosť, čo z neho robí lepšiu voľbu pre vysokovýkonné aplikácie, ktoré si vyžadujú extrémnu trvanlivosť.
Zatiaľ čo oba materiály zdieľajú mnoho podobností, ich jedinečné vlastnosti ich robia lepšie pre rôzne aplikácie. Silikónový karbid s jeho vynikajúcou tvrdosťou, vysokým bodom topenia a vynikajúcou tepelnou vodivosťou je ideálny na použitie vo vysokovýkonných prostrediach. Často sa používa pri výrobe rezných nástrojov, abrazívov a komponentov s vysokou teplotou. Odolnosť materiálu voči opotrebeniu a tepelnému šoku je tiež ideálnym na použitie v automobilovom a leteckom priemysle, najmä v komponentoch, ako sú brzdové disky, turbodúchadlá a podložky z ťahu.
Oxid hliníka sa na druhej strane bežne používa v aplikáciách, kde je prioritou elektrická izolácia alebo nákladová efektívnosť. Často sa vyskytuje v elektronike, elektrických izolátoroch a rezných nástrojoch, najmä ak sú dôležité náklady a ľahké spracovanie dôležitými úvahami.
Záverom je, že zatiaľ čo karbid kremíka aj oxid hlinitý sú mimoriadne tvrdé materiály s pôsobivými vlastnosťami, karbid kremíka sa všeobecne považuje za ťažší ako oxid hlinitý. Vyššie hodnotenie MOHS tvrdosti v spojení s vysokou teplotou topenia a vynikajúcou tepelnou vodivosťou poskytuje karbidu kremíka v mnohých priemyselných aplikáciách výraznú výhodu. Či už v Abrasives, vysokorýchlostné komponenty alebo pokročilá elektronika, vynikajúca tvrdosť kremíka karbidu z neho robí materiál podľa výberu pre širokú škálu náročných použití.
Viac informácií o kremíkovom karbide a ďalších produktoch Ferroalloy nájdete na našej webovej stránke www.zzferroalloy.com.
