نام و هویت شیمیایی
حروف SiC نمادهای شیمیایی سیلیکون و کربن هستند، بنابراین SiC یک کاربید سیلیکون است، یک ترکیب کووالانسی از دو عنصر به نسبت یک به یک و با جرم مولی حدود 40 گرم بر مول. این به طور طبیعی به ندرت رخ می دهد، زیرا ماده معدنی موسانیت، و اساساً تمام مواد تجاری مصنوعی هستند. کاربید سیلیکون بسیار سخت است، با سختی Mohs حدود 9 تا 9.5 و سختی Knoop نزدیک به 2500، و در دمای بالا استحکام خود را حفظ می کند و در برابر اکسیداسیون مقاومت می کند زیرا یک لایه سیلیس محافظ روی سطح آن تشکیل می شود. چگالی نظری آن حدود 3.21 گرم بر سانتی متر مکعب است و از نظر الکتریکی به صورت خالص نیمه هادی است که اساس استفاده از آن در الکترونیک قدرت است.
سیلیکون کاربید چگونه تولید می شود
کاربید سیلیکون حجیم در کوره آچسون ساخته می شود، جایی که مخلوطی از ماسه کوارتز با خلوص بالا و کربن، معمولاً کک نفتی، با عبور جریان از هسته گرافیت تا زمانی که شارژ به دمای واکنش بالای 2000 درجه سانتیگراد برسد، گرم می شود. این محصول به صورت یک شمش بزرگ شکل می گیرد که خرد، آسیاب، غربال و درجه بندی می شود و این فرآیند انرژی بر است، به همین دلیل است که تولید کاربید سیلیکون در جایی متمرکز می شود که نیرو ارزان است. پودرهای ریز برای سرامیک و کارهای نیمه هادی از راه های دیگری از جمله واکنش سیلیکون با کربن و فرآیندهای فاز بخار ساخته می شوند که خلوص بسیار بالایی با اندازه ذرات کنترل شده به دست می دهند.
نمرات ساینده سیاه و سبز
دو گرید ساینده آشنا عبارتند از: کاربید سیلیکون سیاه، ساخته شده از ماسه کوارتز و کک نفتی و اغلب حاوی مقدار کاربید سیلیکون کمتری است که مناسب کار عمومی است، و کاربید سیلیکون سبز، ساخته شده از شارژ خالص‌تر که محتوای کاربید سیلیکون بالاتر و دانه‌های تیزتر و شکننده‌تر تولید می‌کند. دانه سیاه برای چدن، سنگ، شیشه و فلزات غیر آهنی در انفجار، چرخ های آسیاب و ساینده های پوشش داده شده استفاده می شود، در حالی که دانه سبز برای کاربید سیمانی و سایر مواد سخت و شکننده و برای کارهایی که تولید گرما باید محدود باشد ترجیح داده می شود. هر دو در اندازه های مش درجه بندی می شوند، با هر عدد مش یک نوار اندازه ذرات را مشخص می کند، و محتوای کاربید سیلیکون درجه تعیین می کند که چه مقدار ماده معدنی غیر ساینده وجود دارد.
فرم های نسوز و سرامیکی
کاربید سیلیکون به دلیل رسانایی حرارتی بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی و پایداری شیمیایی در مواد نسوز به عنوان ماده اولیه برای آجر، قطعات ریخته گری و مبلمان کوره استفاده می شود. رسانایی حرارتی بالا و استحکام دمایی بالا آن را در مبدل های حرارتی و در اجزای مشعل ارزشمند می کند. سرامیک های کاربید سیلیکون متصل و متخلخل به عنوان مهر و موم مکانیکی، اجزای پمپ، صفحات سایش، نازل ها و زره ها عمل می کنند، که در آن سختی و مقاومت در برابر سایش خواص تعیین کننده هستند. مواد باند واکنشی با نفوذ یک کاربید سیلیکون و پیش‌فرم کربن با سیلیکون مذاب ساخته می‌شوند، در حالی که مواد متخلخل با مواد افزودنی متراکم می‌شوند و این دو فرآیند تخلخل، استحکام و پروفیل‌های هزینه متفاوتی را ارائه می‌دهند.
کاربردهای الکتریکی و نیمه هادی ها
کاربید سیلیکون یک نیمه هادی با فاصله باند گسترده است و توانایی آن برای کار در ولتاژ بالا و دمای بالا با تلفات سوئیچینگ کم، آن را در الکترونیک قدرت مهم کرده است. دستگاه ها بر روی ویفرهای تک کریستالی که از پودر با خلوص بالا توسط انتقال فیزیکی بخار رشد می کنند ساخته می شوند و ویفرها باید محدودیت های بسیار محدودی در مورد نقص میکرولوله، نابجایی و غلظت ناخالص داشته باشند. از همان پودر خلوص بالا برای سرامیک های نیمه هادی و برای عناصر گرمایشی موجود در کوره های با دمای بالا استفاده می شود. در همه این کاربردها، خلوص مورد نیاز بسیار فراتر از مواد درجه ساینده است، به همین دلیل است که قیمت هر کیلوگرم بر اساس مرتبه‌های بزرگی بین سنگ‌ریزه انفجاری و ویفرهای درجه الکترونیکی متفاوت است.
سوالات متداول
س: SiC مخفف چیست؟
SiC مخفف سیلیکون کاربید، ترکیب سیلیکون و کربن است، و حروف به سادگی نمادهای شیمیایی دو عنصر در نسبت یک به یک هستند.
س: کاربید سیلیکون برای چه مواردی استفاده می شود؟
به عنوان یک ساینده برای سنگ زنی و انفجار، به عنوان یک ماده خام نسوز، به عنوان یک سرامیک ساختاری برای مهر و موم و قطعات سایش، و به عنوان یک نیمه هادی باند پهن در الکترونیک قدرت استفاده می شود.
س: تفاوت بین کاربید سیلیکون سیاه و سبز چیست؟
دانه سیاه از بار خالص کمتر ساخته می شود و برای کارهای ساینده عمومی روی چدن، سنگ و فلزات غیر آهنی مناسب است، در حالی که دانه سبز خالص تر، تیزتر و برای مواد سخت مانند کاربید سیمانی ترجیح داده می شود.
س: کاربید سیلیکون چقدر سخت است؟
دارای سختی Mohs در حدود 9 تا 9.5 و سختی Knoop نزدیک به 2500 است که پس از الماس و نیترید بور مکعبی در میان سخت‌ترین مواد صنعتی حجیم قرار می‌گیرد.
س: کاربید سیلیکون طبیعی است یا مصنوعی؟
تقریباً تمام کاربید سیلیکون تجاری مصنوعی است که در کوره آچسون از شن و ماسه کوارتز و کربن تولید می شود، اگرچه شکل طبیعی کمیاب به عنوان ماده معدنی موسانیت وجود دارد.
س: چرا کاربید سیلیکون گرید الکترونیکی اینقدر گران است؟
از آنجا که ویفرهای نیمه هادی باید از پودر با خلوص بسیار بالا رشد کنند و محدودیت های بسیار محکمی را در مورد عیوب کریستالی و مواد ناخالص رعایت کنند، بسیار فراتر از نیازهای مواد ساینده یا نسوز.