ซิลิกอนคาร์ไบด์ยากกว่าอลูมิเนียมออกไซด์หรือไม่?

ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SIC) และอลูมิเนียมออกไซด์ (AL2O3) เป็นวัสดุที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุดสองชนิดในโลกของเซรามิกขั้นสูง วัสดุทั้งสองได้รับการยกย่องอย่างสูงสำหรับความแข็งความแข็งแรงและความมั่นคงทางความร้อนสูงทำให้พวกเขาเป็นผู้สมัครที่เหมาะสำหรับการใช้งานอุตสาหกรรมที่หลากหลาย อย่างไรก็ตามเมื่อพูดถึงการเปรียบเทียบความแข็งของพวกเขามีปัจจัยหลายประการที่ต้องนำมาพิจารณารวมถึงโครงสร้างผลึกวิธีการประมวลผลและการใช้งานเฉพาะที่เหมาะสม ในบทความนี้เราจะเจาะลึกคุณสมบัติของซิลิกอนคาร์ไบด์และอลูมิเนียมออกไซด์โดยเฉพาะการมุ่งเน้นไปที่ความแข็งของพวกเขาและสำรวจว่าการสร้างซิลิคอนคาร์ไบด์โดยเฉพาะอุณหภูมิหลอมละลายและรูปแบบที่แตกต่างกัน

ซิลิกอนคาร์ไบด์: ภาพรวม

ซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นสารประกอบของซิลิกอนและคาร์บอนที่มีสูตรเคมีของ SIC พบได้บ่อยที่สุดในธรรมชาติว่าเป็นแร่ moissanite ซึ่งหายากและเกิดขึ้นในอุกกาบาต อย่างไรก็ตามซิลิกอนคาร์ไบด์ในเชิงพาณิชย์มักจะผลิตสังเคราะห์ผ่านการรวมกันของซิลิกา (SiO2) และคาร์บอน (c) ที่อุณหภูมิสูง

ซิลิคอนคาร์ไบด์ทำอย่างไร?

ซิลิกอนคาร์ไบด์ทำขึ้นโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่ากระบวนการ ACHESON ซึ่งเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนส่วนผสมของทรายซิลิกาและคาร์บอนในเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิตั้งแต่ 2,000 ถึง 2,500 องศาเซลเซียส คาร์บอนลดซิลิกาส่งผลให้เกิดการก่อตัวของซิลิกอนคาร์ไบด์และก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ กระบวนการนี้ให้ผลิตภัณฑ์ที่อาจแตกต่างกันไปในแง่ของขนาดเกรนโครงสร้างผลึกและความบริสุทธิ์ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขเฉพาะที่ใช้

รูปแบบการผลิตขั้นสูงมากขึ้นเกี่ยวข้องกับการสะสมไอสารเคมี (CVD) และเทคนิคการระเหิดซึ่งสามารถผลิตผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความบริสุทธิ์สูง วิธีการเหล่านี้มักจะใช้เมื่อจำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงเช่นสำหรับการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีกำลังสูง

ความแข็งของซิลิกอนคาร์ไบด์

ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องความแข็งที่ยอดเยี่ยมซึ่งทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการกัดกร่อนและเครื่องมือตัด ความแข็งของวัสดุถูกวัดโดยทั่วไปโดยใช้มาตราส่วน MOHS ซึ่งเพชรจะได้รับค่า 10 ค่าสูงสุดในระดับ ในระดับ MOHS ซิลิคอนคาร์ไบด์อยู่ระหว่าง 9 ถึง 9.5 ซึ่งวางไว้ใต้เพชรและทำให้เป็นหนึ่งในวัสดุที่รู้จักกันดีที่สุด ความแข็งที่น่าทึ่งนี้ส่วนใหญ่มาจากโครงสร้างผลึกของวัสดุและพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งระหว่างซิลิกอนและอะตอมคาร์บอน

ซิลิกอนคาร์ไบด์คริสตัล

โครงสร้างผลึกของซิลิกอนคาร์ไบด์มีบทบาทสำคัญในความแข็ง ซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถใช้รูปแบบคริสตัลต่าง ๆ รวมถึงการกำหนดค่าหกเหลี่ยม (6h) และลูกบาศก์ (3c) รูปแบบหกเหลี่ยมเป็นเรื่องธรรมดามากที่สุดและมีความแข็งที่น่าทึ่งและความเสถียรทางความร้อนทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง รูปแบบลูกบาศก์ในขณะที่ยังคงแข็งมากมักใช้ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เนื่องจากคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์

เนื่องจากโครงสร้างอะตอมที่แข็งแกร่งของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์จึงมีความต้านทานต่อการสึกหรอการกัดกร่อนและการย่อยสลายความร้อน คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ SIC เป็นวัสดุที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นการบินและอวกาศยานยนต์และแอพพลิเคชั่นทางทหารซึ่งส่วนประกอบจะสัมผัสกับเงื่อนไขที่รุนแรง

อุณหภูมิหลอมละลายของซิลิกอนคาร์ไบด์

ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของซิลิกอนคาร์ไบด์เหนือวัสดุอื่น ๆ คืออุณหภูมิการหลอมละลายสูง อุณหภูมิหลอมละลายของซิลิกอนคาร์ไบด์อยู่ที่ประมาณ 2,700 องศาเซลเซียสซึ่งสูงกว่าอลูมิเนียมออกไซด์อย่างมาก (ซึ่งมีจุดหลอมเหลวประมาณ 2,072 องศาเซลเซียส) อุณหภูมิหลอมละลายที่สูงนี้ช่วยให้ซิลิกอนคาร์ไบด์ได้เปรียบในการใช้งานที่ต้องการความเสถียรทางความร้อนสูงและความต้านทานต่อการย่อยสลายที่เกิดจากความร้อนเช่นในเตาเผาหัวฉีดจรวดและส่วนประกอบที่ใช้ในอิเล็กทรอนิกส์พลังงาน

ความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิสูงโดยไม่สูญเสียความสมบูรณ์ของโครงสร้างทำให้ซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นตัวเลือกยอดนิยมในอุตสาหกรรมที่ต้องการความแข็งและความต้านทานความร้อน นอกจากนี้ค่าการนำความร้อนของวัสดุนั้นยอดเยี่ยมซึ่งช่วยในการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพและช่วยป้องกันความร้อนสูงเกินไปในอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานสูง

ซิลิกอนคาร์ไบด์เผา

ซิลิกอนคาร์ไบด์ซิลิกอนหมายถึงรูปแบบของซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ผลิตโดยซิลิกอนคาร์ไบด์ความร้อนผงภายใต้ความกดดันเพื่อสร้างวัสดุที่หนาแน่นและเป็นของแข็ง กระบวนการซินเตอร์นี้เกี่ยวข้องกับการใช้อุณหภูมิสูงเพื่อส่งเสริมให้เมล็ดซิลิกอนคาร์ไบด์ผูกพันกันกำจัดความพรุนและเพิ่มความแข็งแรงโดยรวมของวัสดุ

ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ถูกเผานั้นใช้กันทั่วไปในการใช้งานที่หลากหลายรวมถึงส่วนประกอบที่ทนต่อการสึกหรอเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแมวน้ำและตลับลูกปืน กระบวนการซินเตอร์สามารถควบคุมได้เพื่อสร้างระดับความหนาแน่นและความพรุนที่แตกต่างกันทำให้สามารถใช้คุณสมบัติเชิงกลที่เหมาะกับการใช้งานเฉพาะ นอกจากนี้วัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ถูกเผายังคงรักษาคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุดั้งเดิมรวมถึงความแข็งสูงความต้านทานการสึกหรอและการนำความร้อนสูง

อลูมิเนียมออกไซด์: ดูใกล้ขึ้น

อลูมิเนียมออกไซด์หรือที่เรียกว่าอลูมินา (Al2O3) เป็นอีกหนึ่งวัสดุเซรามิกที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่นเดียวกับซิลิกอนคาร์ไบด์อลูมินามีคุณค่าอย่างมากสำหรับความแข็งและความแข็งแรง มันมักจะใช้ในวัสดุขัดเครื่องมือตัดและเซรามิกอุตสาหกรรม อลูมิเนียมออกไซด์ผลิตโดยการกลั่น bauxite แร่ที่มีอลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ผ่านกระบวนการไบเออร์ วัสดุจะอยู่ภายใต้อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างอลูมิเนียมออกไซด์ที่หนาแน่นและแข็ง

ความแข็งของอลูมิเนียมออกไซด์นั้นน่าประทับใจด้วยการจัดอันดับ MOHS ที่ 9 สิ่งนี้ทำให้เป็นหนึ่งในวัสดุที่ยากที่สุดที่มีอยู่แม้ว่ามันจะนุ่มกว่าซิลิคอนคาร์ไบด์เล็กน้อยซึ่งสามารถมีการจัดอันดับ MOHS สูงถึง 9.5 ขึ้นอยู่กับโครงสร้างผลึกที่เฉพาะเจาะจง แม้จะมีความแข็งเล็กน้อยในความแข็ง แต่อลูมิเนียมออกไซด์มีข้อได้เปรียบของตัวเองรวมถึงคุณสมบัติฉนวนไฟฟ้าที่เหนือกว่าและต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับซิลิกอนคาร์ไบด์

ซิลิกอนคาร์ไบด์ยากกว่าอลูมิเนียมออกไซด์หรือไม่?

เมื่อเปรียบเทียบความแข็งของซิลิกอนคาร์ไบด์และอลูมิเนียมออกไซด์เป็นที่ชัดเจนว่าซิลิคอนคาร์ไบด์โดยทั่วไปมีขอบ ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถจัดอันดับได้สูงถึง 9.5 ในระดับ MOHS ในขณะที่อลูมิเนียมออกไซด์โดยทั่วไปจะได้รับการจัดอันดับที่ 9 ความแตกต่างเล็กน้อยนี้อาจดูเหมือนไม่สำคัญในตอนแรก แต่ในการใช้งานอุตสาหกรรมที่ความแข็งและการต้านทานการสึกหรอมีความสำคัญ พันธะอะตอมที่แข็งแกร่งของซิลิคอนคาร์ไบด์และโครงสร้างผลึกที่เข้มงวดมากขึ้นทำให้ความต้านทานต่อการเสียดสีที่เหนือกว่าและความแข็งโดยรวมทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าสำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งต้องการความทนทานอย่างมาก

การประยุกต์ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์และอลูมิเนียมออกไซด์

ในขณะที่วัสดุทั้งสองแบ่งปันความคล้ายคลึงกันมากมายคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกเขาทำให้พวกเขาเหมาะสมกับแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความแข็งที่เหนือกว่าจุดหลอมเหลวสูงและการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยมเหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีประสิทธิภาพสูง มันมักจะใช้ในการผลิตเครื่องมือตัดสารกัดกร่อนและส่วนประกอบอุณหภูมิสูง ความต้านทานต่อการสึกหรอของวัสดุและการกระแทกด้วยความร้อนยังทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์และอวกาศโดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนประกอบต่าง ๆ เช่นดิสก์เบรกเทอร์โบชาร์จเจอร์และเครื่องซักผ้าแรงผลักดัน

ในทางกลับกันอลูมิเนียมออกไซด์มักใช้กันทั่วไปในการใช้งานที่ฉนวนไฟฟ้าหรือความคุ้มค่าเป็นลำดับความสำคัญ มันมักจะพบในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ฉนวนไฟฟ้าและเครื่องมือตัดโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้นทุนที่ต่ำกว่าและความสะดวกในการประมวลผลเป็นข้อควรพิจารณาที่สำคัญ

บทสรุป

โดยสรุปในขณะที่ทั้งซิลิคอนคาร์ไบด์และอลูมิเนียมออกไซด์เป็นวัสดุที่แข็งเป็นพิเศษที่มีคุณสมบัติที่น่าประทับใจ แต่โดยทั่วไปแล้วซิลิกอนคาร์ไบด์ถือว่ายากกว่าอลูมิเนียมออกไซด์ การจัดอันดับความแข็งของ MOHS ที่สูงขึ้นควบคู่ไปกับอุณหภูมิการหลอมละลายที่สูงและการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยมทำให้ซิลิกอนคาร์ไบด์มีข้อได้เปรียบที่แตกต่างกันในการใช้งานอุตสาหกรรมหลายแห่ง ไม่ว่าจะเป็นสารกัดกร่อนส่วนประกอบอุณหภูมิสูงหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงความแข็งที่เหนือกว่าของซิลิกอนคาร์ไบด์ทำให้เป็นวัสดุที่เป็นทางเลือกสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับซิลิคอนคาร์ไบด์และผลิตภัณฑ์ Ferroalloy อื่น ๆ เยี่ยมชมเว็บไซต์ของเราที่ www.zzferroalloy.com.