Eigenschaften und Anwendungen von Siliziumkarbid

Siliziumkarbid ist nicht nur ein hervorragendes feuerfestes Material. Es ist aber auch ein häufig verwendetes Schleifmaterial, Korrosionsschutzmaterial und wärmeleitendes Material. Die Hauptchemikalie von Siliziumkarbid ist SiC, mit einem anderen Namen Carborundum. Es erhält viele hervorragende Eigenschaften.

Das in Industrieprodukten verwendete Siliziumkarbid wird bei hohen Temperaturen von 2200–2500 °C künstlich synthetisiert, was in der Natur nahezu nicht vorkommt. Die Hauptrohstoffe für synthetisches Siliziumkarbid sind Quarzsand (Kieselsäure), Petrolkoks und die Hilfsstoffe sind Sägemehl, Salz usw. Das Element von Quarzsand ist SiO2, das Silizium für Siliziumkarbid liefert. Das Element von Petrolkoks ist C, das Kohlenstoff für Siliziumkarbid liefert. Die Hilfsstoffe nehmen nicht am Schmelzreaktionsprozess teil und die Aufgabe der Holzspäne besteht darin, die Durchlässigkeit der Ofenbeschickung zu erhöhen. Speisesalz wird nur der Verhüttung von grünem Siliciumcarbid zugesetzt, wodurch es eine grüne Farbe erhält. 

Nach Farben unterteilt, umfasst Siliciumcarbid schwarzes Siliciumcarbid und grünes Siliciumcarbid . Sie unterscheiden sich in Reinheit und Härte. Die Reinheit von schwarzem Siliziumkarbid ist etwas geringer als die von grünem Siliziumkarbid. Schwarzes Karborund hat einen SiC-Gehalt von nicht weniger als 98 %. Grünes Karborund hat eine SiC-Reinheit von über 99 %. Sie sind beide α-Phasen von Siliziumkarbidkristallen.

Sowohl grünes als auch schwarzes Siliziumkarbid haben die folgenden gemeinsamen Eigenschaften:

Sowohl grünes als auch schwarzes Siliziumkarbid haben die folgenden gemeinsamen Eigenschaften:

1. Chemische Stabilität bei hohen Temperaturen:

Siliziumkarbid hat einen sehr hohen Schmelzpunkt und eine gute Hochtemperaturbeständigkeit, wodurch in Hochtemperaturumgebungen stabile physikalische und chemische Eigenschaften erhalten bleiben können. Siliziumkarbid oxidiert bei einer Temperatur von 1400 °C nicht, sondern bildet stattdessen eine Schicht aus dünnem Siliziumdioxid auf der Oberfläche des Kristalls. Dadurch verleiht der dünne Film auch der Optik von Siliziumkarbid einen bunten Regenbogenglanz.

2. Gute Hochtemperaturbeständigkeit:

Siliziumkarbid hat einen sehr hohen Schmelzpunkt und kann hohen Temperaturen im Bereich von 1800 bis 1900 °C standhalten, mit einer Austrittstemperatur von 2300 °C. Siliziumkarbid weist außerdem eine gute Festigkeit und Schlagfestigkeit bei hohen Temperaturen auf, was es zu einem häufig verwendeten feuerfesten Material macht in der Stahlproduktion.

3. Hohe Härte:

Siliziumkarbid hat eine extrem hohe Härte, die nur geringer als die von Diamant ist. Dies ermöglicht Siliziumkarbid eine hervorragende Verschleißfestigkeit und Schleifleistung in Bereichen wie Reibung, Schneiden und Schleifen. Auf der Mohs-Skala beträgt die Härte eines Diamanten Mohs 10,0, die Härte von grünem Siliziumkarbid beträgt Mohs 9,4-9,5 (Vickers-Härte 33-34 Gpa) und die Härte von schwarzem Siliziumkarbid beträgt Mohs 9,2-9,3 (Vickers-Härte 28- 32Gpa).

4. Hervorragende Korrosionsbeständigkeit:

Siliziumkarbid weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber den meisten Säuren und Laugen auf. Es reagiert nicht mit starken Säuren und Basen und kann unter komplexen Temperaturen und chemischen Umgebungen über einen langen Zeitraum stabil verwendet werden.

5. Hervorragende Wärmeleitfähigkeit:

Siliziumkarbid verfügt über eine hohe Wärmeleitfähigkeit mit einer Wärmeleitfähigkeit von 60–200 W/M · K bei Raumtemperatur, wodurch Wärme effektiv übertragen werden kann. Daher eignet es sich für wärmeleitende Materialien oder Beschichtungen wie Kühlkörper und Kühlkörper.

6. Niedrigerer Wärmeausdehnungskoeffizient:

Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Siliziumkarbid beträgt 3,9–4,5 x 10–6/℃ und wird zur Herstellung feuerfester Produkte verwendet. SiC-Keramik neigt weniger zum Kriechen und zur Verformung.

7. Hervorragende Isolationsleistung:

Siliziumkarbid weist eine hohe Isolationsleistung auf und kann unter hohen Temperaturen und Bedingungen mit hohem elektrischen Feld eine stabile Isolationsleistung aufrechterhalten. Daher wird es häufig als elektronisches Bauteil und Isoliermaterial verwendet und ist auch der Hauptrohstoff für die Herstellung von Siliziumkarbidkeramik.

8. Geringere Schüttdichte:

Das spezifische Gewicht von Siliziumkarbid beträgt 3,2 g/cm3 und ist damit niedriger als das der meisten Metalle und Korund.

9. Sprödigkeit und Zähigkeit:

Obwohl Siliziumkarbid eine hohe Härte aufweist, weist es eine starke Sprödigkeit und eine etwas schlechte Zähigkeit auf. Die Zähigkeit von schwarzem Siliziumkarbid ist höher als die von grünem Siliziumkarbid.

Siliziumkarbid funktioniert in vielen Anwendungen gut. Es gilt hauptsächlich in folgenden Aspekten:

1. Schleifmittel und Schleifwerkzeuge:

Siliziumkarbid weist eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit auf und wird häufig bei der Herstellung von Schleifprodukten verwendet. Schwarzes Siliziumkarbid eignet sich zur Herstellung von Schleifscheiben, Wasserschleifpapier, Siliziumkarbid-Schleifbürsten, Stahlpapier-Sandscheiben, Faserschleifscheiben usw. Diese Schleifwerkzeuge werden zum Schleifen von Metallen, Legierungen, Holz und gewöhnlichem Glas verwendet. Grünes Siliziumkarbid eignet sich zur Herstellung von Schleifprodukten wie Harzschleifscheiben, Diamantschleifscheiben, Wasserschleifscheiben, Honsteinen, PVA-Schleifscheiben und Diamantton-Schleifblöcken.

2. Schleifen und Polieren:

Siliziumkarbid kann als Schleifmittel häufig zum Sandstrahlen und Passivieren von Marmor, Granit, Titanlegierungen und Kupferlegierungen verwendet werden. Die typische Verwendung ist die Durchführung einer Kantenpassivierungsbehandlung an Hartmetalllegierungen aus Wolframcarbid. Siliziumkarbidpulver wird in doppelseitigen Schleifmaschinen verwendet, um Legierungs- und Keramikprodukte mit Wasser zu schleifen, um eine ideale Oberflächenrauheit zu erreichen. Darüber hinaus kann Siliziumkarbid als Schleifmedium für Walzenschleifmaschinen zusammen mit Schleifsteinen oder Walnusssand Werkstücke aus Edelstahl, Legierungen und Jade entgraten und polieren.

3. Keramische Produkte:

Siliziumkarbid kann zur Herstellung verschiedener Keramikprodukte wie Keramikdichtungen, Keramiklager, Keramikrohre, Siliziumkarbiddüsen usw. verwendet werden. Es kann auch zur Herstellung von Schaumkeramik, metallurgischen Siliziumkarbid-Keramikfiltermembranen und Dieselpartikelfilter-Keramikmembranen verwendet werden und wird häufig zur Herstellung von kugelsicheren Keramikplatten, Siliziumkarbid-Borkarbid-Verbundkeramiken und anderen Industriekeramiken verwendet.

4. Feuerfeste Materialien:

Siliziumkarbid kann zur Herstellung von Schamottsteinen, Siliziumkarbidtiegeln, Siliziumkarbid-Ofenfüllungen und anderen Produkten verwendet werden und spielt eine wichtige Rolle in der Produktion der Eisen- und Stahlindustrie.

5. Beschichtungsindustrie:

Siliziumkarbid weist eine hohe Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Es kann als Zusatz zu Teflon-Antihaftbeschichtungen (Teflon), UV-Beschichtungen und Fluorpolymeren dienen. Dieses Additiv verbessert die Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Beschichtungen erheblich.

6. Elektronische Geräte:

Siliziumkarbid weist eine gute Wärmeleitfähigkeit und Hochtemperaturstabilität auf. Es eignet sich zur Herstellung elektronischer Kühlkörper, elektronischer Verpackungsmaterialien, Leistungshalbleiterbauelemente usw.
Darüber hinaus wird SiC auch häufig in der chemischen Industrie, der Luft- und Raumfahrt, der Automobilherstellung und anderen Bereichen eingesetzt und spielt eine wichtige Rolle.