Το καρβίδιο του πυριτίου δεν είναι ένα-υλικό μίας χρήσης. Η ίδια ένωση που κόβει τα εργαλεία καρβιδίου του βολφραμίου ευθυγραμμίζει επίσης την πιο καυτή ζώνη ενός βιομηχανικού κλιβάνου και αποοξειδώνει τη θερμότητα του χάλυβα. Αυτό που το καθιστά χρήσιμο σε τέτοιες διαφορετικές λειτουργίες είναι ένας συνδυασμός ιδιοτήτων που σπάνια εμφανίζονται μαζί: εξαιρετική σκληρότητα, υψηλή θερμική αγωγιμότητα, καλή διατήρηση αντοχής στη θερμοκρασία και αντοχή στη χημική προσβολή. Αυτό το άρθρο καθορίζει για ποιον σκοπό είναι καλύτερο το καρβίδιο του πυριτίου, ανάλογα με την εφαρμογή και την ποιότητα που ταιριάζει σε κάθε εργασία.
Τι είναι το καρβίδιο του πυριτίου
Το καρβίδιο του πυριτίου είναι μια ένωση πυριτίου και άνθρακα με τον τύπο SiC. Παράγεται βιομηχανικά με αντίδραση υψηλής-καθαρότητας χαλαζιακή άμμο με πηγή άνθρακα σε κλίβανο αντίστασης σε θερμοκρασίες άνω των 2.200 μοιρών και στη συνέχεια συνθλίβοντας και βαθμονομώντας το ράβδο που προκύπτει. Το υλικό κρυσταλλώνεται σε μεγάλο αριθμό πολυτύπων, εκ των οποίων οι εξαγωνικές μορφές άλφα κυριαρχούν στις λειαντικές και πυρίμαχες ποιότητες και η κυβική μορφή βήτα εμφανίζεται σε λεπτές σκόνες και σε χημικές εφαρμογές.
Σκληρότητα:περίπου 9 έως 9,5 στην κλίμακα Mohs και περίπου 2.500 στην κλίμακα Vickers, δεύτερη μεταξύ των χύδην βιομηχανικών υλικών μόνο μετά το διαμάντι και το κυβικό νιτρίδιο του βορίου.
Πυκνότητα:περίπου 3,21 g/cm³ για το πυκνό υλικό άλφα.
Θερμική αγωγιμότητα:υψηλό για κεραμικό και εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον πολυτύπο, το μέγεθος των κόκκων, την καθαρότητα και το πορώδες.
Θερμική σταθερότητα:Μαλακώνει και αποσυντίθεται μόνο κοντά στους 2.700 βαθμούς σε αδρανή ατμόσφαιρα. Στον αέρα σχηματίζεται ένα προστατευτικό στρώμα πυριτίου πάνω από περίπου 1.200 βαθμούς και επιβραδύνει την περαιτέρω οξείδωση.
Χημική αντοχή:σταθερό έναντι των περισσότερων οξέων και έναντι τετηγμένων μη-σιδηρούχων μετάλλων, αλλά προσβάλλεται από τηγμένο σίδηρο και από ισχυρά αλκάλια στη θερμοκρασία.
Ηλεκτρική συμπεριφορά:ένας ημιαγωγός με διάκενο ευρείας ζώνης σε καθαρή μορφή μονοκρυστάλλου-και ένας αγωγός με σημαντική αντίσταση όταν εμποτίζεται ή συνδέεται.
Λειαντικά: Η μεγαλύτερη βιομηχανική χρήση
Τα συγκολλημένα και επικαλυμμένα λειαντικά απορροφούν τη μεγαλύτερη ποσότητα καρβιδίου του πυριτίου. Ο συνδυασμός της σκληρότητάς του με τους αιχμηρούς, εύθρυπτους κόκκους το καθιστά το προτιμώμενο λειαντικό για χαμηλής-αντοχής-αντοχής και μη{3}}υλικών, τα οποία φορτώνουν και αμβλύνουν άλλους κόκκους. Τα τυπικά καθήκοντα περιλαμβάνουν τροχούς λείανσης για γκρίζο σίδερο και όλκιμο σίδηρο, λείανση καρβιδίου και γυαλιού με τσιμέντο, πριόνισμα συρμάτων και κοπή ιλύος πλινθωμάτων, μέσα ανατίναξης και ενώσεις επικάλυψης και στίλβωσης για επιφάνειες ακριβείας.
| Βαθμός | Τυπικό περιεχόμενο SiC | Ταιριάζει καλύτερα σε |
|---|---|---|
| Μεταλλουργική ποιότητα | Περίπου 88 με 90 τοις εκατό | Προσθήκες χαλυβουργίας και χυτηρίου παρά λειαντικών |
| Μαύρο λειαντικό | Περίπου 95 με 97 τοις εκατό | Λείανση χυτοσιδήρου, πέτρας, γυαλιού και μη-σιδηρούχων μετάλλων |
| Πράσινο λειαντικό βαθμό | Περίπου 97 με 99 τοις εκατό | Λείανση τσιμεντοειδούς καρβιδίου, χάλυβα εργαλείων και σκληρών κραμάτων |
| Μίκρο και άμμο ακριβείας | Ελεγχόμενα λεπτά κλάσματα | Γυάλισμα, στίλβωση, λείανση και προετοιμασία γκοφρέτας ημιαγωγών |
Οι λειαντικοί κόκκοι αγοράζονται σύμφωνα με τα πρότυπα διαβαθμισμένου μεγέθους και όχι με ένα μεμονωμένο μέγεθος κόσκινου, επειδή η συμπεριφορά κοπής εξαρτάται από την κατανομή πλήρους μεγέθους σωματιδίων ενός αριθμού κόκκων. Τα επικαλυμμένα προϊόντα και οι συγκολλημένοι τροχοί θέτουν επίσης διαφορετικές απαιτήσεις στη σκληρότητα των κόκκων, επομένως το σχήμα και η ευθρυπτότητα των κόκκων καθορίζονται παράλληλα με τη σκληρότητα.
Πυρίμαχα, Έπιπλα Κλίβανου και Ανταλλακτικά
Επειδή το καρβίδιο του πυριτίου διατηρεί τη δύναμή του εκεί όπου η αλουμίνα και τα πυρίμαχα πυρίτια σέρνονται, χρησιμοποιείται εκεί όπου το μηχανικό φορτίο και η θερμοκρασία συναντώνται ταυτόχρονα. Οι μορφές οξειδίου-δεσμευμένου, νιτριδίου-ενωμένου και ανακρυσταλλωμένου καλύπτουν το φάσμα των καθηκόντων:
Έπιπλα κλιβάνου:πλάκες στερέωσης, ραβδώσεις, ράβδοι και δοκοί για ψήσιμο κεραμικών, ειδών υγιεινής και επιτραπέζιων σκευών, όπου τα λεπτά τμήματα πρέπει να μεταφέρουν βαριά φορτία χωρίς χαλάρωση.
Επενδύσεις φούρνου:εστίες υψικαμίνου και περιοχές bosh, ράβδοι σιδήρου και σκωρίας, περιοχές αυλακώσεων και φούρνοι τήξης μη σιδηρούχων, όπου απαιτείται αντοχή στο λιωμένο αλουμίνιο και τον ψευδάργυρο.
Φορέστε επενδύσεις:Επενδύσεις κυκλώνων και αγωγών, ακροφύσια καυστήρα και εξαρτήματα αντλίας και αναδευτήρα που χειρίζονται λειαντικά ιλύς.
Εναλλάκτες θερμότητας:σωλήνες ανάκτησης και σωλήνες ακτινοβολίας, όπου η υψηλή αγωγιμότητα και η καλή αντοχή στο θερμικό σοκ επιτρέπουν λεπτότερα τμήματα από ό,τι θα χρειαζόταν το μέταλλο.
Στην πυρίμαχη υπηρεσία ο περιοριστικός παράγοντας είναι συνήθως ο δεσμός και όχι ο κόκκος. Ένα καλά συνδεδεμένο-υλικό διατηρεί την αντοχή του κοντά στους 1.600 βαθμούς σε καθαρή οξειδωτική ατμόσφαιρα, ενώ περιβάλλοντα πλούσια σε οξείδια-και λιωμένος σίδηρος επιτίθενται απευθείας στους κόκκους και μειώνουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής.
Μεταλλουργικές προσθήκες για χάλυβα και σίδηρο
Το καρβίδιο του πυριτίου φέρει δύο χρήσιμα στοιχεία σε μία μόνο προσθήκη, επομένως χρησιμοποιείται συχνά στο λιωτήριο αντί να φορτίζει το σιδηροπυρίτιο και έναν αναζωογονητή ξεχωριστά. Σε μαζική βάση, η στοιχειομετρική σύνθεση του SiC είναι 70 τοις εκατό πυρίτιο και 30 τοις εκατό άνθρακας, που σημαίνει ότι ένας τόνος καρβιδίου του πυριτίου παρέχει περίπου 700 kg πυριτίου και 300 kg άνθρακα στο τήγμα.
| Δασμός | Λειτουργία του πυριτίου | Λειτουργία του άνθρακα |
|---|---|---|
| Χαλυβουργία σε φούρνο ηλεκτρικού τόξου | Αποξείδωση, κράμα πυριτίου | Ρύθμιση άνθρακα, αφρισμός σκωρίας |
| Χαλυβουργία σε επαγωγικό φούρνο | Αποξείδωση και τελική επένδυση πυριτίου | Επαναανθράκωση προς τον άνθρακα στόχο |
| Επεξεργασία όλκιμου σιδήρου | Προσθήκη πυριτίου με χαμηλότερη απώλεια θερμοκρασίας | Διόρθωση άνθρακα πριν από τη θεραπεία με μαγνήσιο |
| Προσθήκες κουτάλας και tunish | Σκοτώνει το υπολειπόμενο οξυγόνο | Προστασία του τήγματος από την επανοξείδωση |
Η πρακτική έλξη είναι η ανάκαμψη. Και τα δύο στοιχεία διαλύονται εύκολα, η αντίδραση με το διαλυμένο οξυγόνο είναι εξώθερμη και βοηθά στη διατήρηση της θερμοκρασίας του λουτρού, ενώ η προσθήκη δεν εισάγει ανεπιθύμητα στοιχεία έλξης. Το μέγεθος της φόρτισης ταιριάζει με την πρακτική: χοντρό κομμάτι για τον κλίβανο, λεπτόκοκκο για την κουτάλα και για σύρμα με πυρήνα και μπρικετοποιημένη μορφή όπου έχουν σημασία οι απώλειες από τη σκόνη. Η πρόσληψη υγρασίας πρέπει να ελέγχεται, επειδή μια υγρή προσθήκη αντιδρά βίαια σε υγρό χάλυβα.
Ηλεκτρονικές, Θερμικές και Ειδικές Χρήσεις
Πέρα από τα παραδοσιακά καθήκοντα, το καρβίδιο του πυριτίου εκτιμάται όπου η ηλεκτρική ή θερμική απόδοση είναι η προτεραιότητα. Το μονοκρυσταλλικό υλικό είναι ένας ημιαγωγός ευρείας ζώνης που χρησιμοποιείται για συσκευές μεταγωγής ισχύος που λειτουργούν σε υψηλότερη τάση, θερμοκρασία και συχνότητα μεταγωγής από τα ισοδύναμα πυριτίου και χρησιμεύει επίσης ως υπόστρωμα για την ανάπτυξη στρωμάτων νιτριδίου του γαλλίου για συσκευές φωτισμού στερεάς κατάστασης και ραδιοσυχνοτήτων. Το πολυκρυσταλλικό υλικό και το υλικό αντίδρασης-χρησιμοποιείται για ψύκτες θερμότητας και θερμικές πλάκες διαχείρισης, για μηχανικές στεγανοποιήσεις και ρουλεμάν που λειτουργούν στεγνά ή σε επιθετικά μέσα, για στοιχεία φιλτραρίσματος αερίων και υγρών και για πλάκες βαλλιστικής προστασίας σε συστήματα θωράκισης.
Τα οικονομικά αυτών των χρήσεων διαφέρουν σημαντικά από τις μαζικές εφαρμογές. Τα υλικά ποιότητας{1}ηλεκτρονικών αγοράζονται με βάση την ποιότητα κρυστάλλου και τη διάρκεια ζωής του φορέα, ενώ τα μεταλλουργικά και πυρίμαχα υλικά αγοράζονται με βάση τη χημεία, το μέγεθος κόκκων και τη συνέπεια της προσφοράς. Οι αγοραστές θα πρέπει να διορθώσουν πρώτα τον βαθμό και μετά το κλάσμα μεγέθους, επειδή μια κοντινή προδιαγραφή μεγέθους σε λάθος βαθμό εξακολουθεί να παράγει κακή απόδοση.
Συχνές Ερωτήσεις
Ε: Τι είναι το καλύτερο για το καρβίδιο του πυριτίου συνολικά;
Κατά τονάζ είναι καλύτερο για λειαντικά και πυρίμαχα. Με βάση την αύξηση της αξίας είναι καλύτερο για υποστρώματα και συσκευές ηλεκτρονικών ισχύος, όπου το ευρύ διάκενο ζώνης του δίνει πλεονέκτημα απόδοσης έναντι του πυριτίου.
Ε: Πρέπει να επιλέγεται μαύρο ή πράσινο καρβίδιο του πυριτίου για άλεση;
Ο πράσινος κόκκος είναι πιο καθαρός, πιο αιχμηρός και πιο εύθρυπτος, επομένως ταιριάζει σε σκληρά και εύθραυστα τεμάχια όπως το τσιμεντοειδές καρβίδιο και ο χάλυβας εργαλείων. Ο μαύρος κόκκος είναι πιο σκληρός και χαμηλότερος σε κόστος, που ταιριάζει σε χυτοσίδηρο, πέτρα, γυαλί και μη{1}}σιδηρούχα μέταλλα.
Ε: Μπορεί το καρβίδιο του πυριτίου να αντικαταστήσει το σιδηροπυρίτιο σε φορτίο φούρνου;
Για αποξείδωση και ταυτόχρονη ρύθμιση του άνθρακα μπορεί συχνά, και το κάνει με μία μόνο προσθήκη. Όπου απαιτείται μόνο πυρίτιο και ο άνθρακας πρέπει να παραμείνει χαμηλός, το σιδηροπυρίτιο παραμένει η σωστή επιλογή.
Ε: Τι περιορίζει τη διάρκεια ζωής των πυρίμαχων εξαρτημάτων καρβιδίου του πυριτίου;
Προσβολή από τετηγμένο σίδηρο, σκωρία και ισχυρά αλκάλια σε θερμοκρασία, συν οξείδωση σε μακρά οξειδωτικά εμποτίσματα. Το σύστημα συγκόλλησης και το πορώδες συνήθως έχουν μεγαλύτερη σημασία από τον ίδιο τον κόκκο.
Ε: Πώς καθορίζεται το μέγεθος κόκκων καρβιδίου του πυριτίου;
Οι λειαντικοί κόκκοι καθορίζονται με τον αριθμό κόκκων σύμφωνα με τα πρότυπα μεγέθους κολλημένων και επικαλυμμένων λειαντικών ή με ένα δηλωμένο εύρος μεγέθους σε μικρόμετρα για μικροκόκκους και για μεταλλουργική σκόνη.
Ε: Είναι το καρβίδιο του πυριτίου ηλεκτρικά αγώγιμο;
Οι καθαροί απλοί κρύσταλλοι είναι ημιαγωγοί, όχι αγωγοί. Οι ντοπαρισμένοι μονοκρυστάλλοι και πολλές πολυκρυσταλλικές ποιότητες κεραμικών έχουν μετρήσιμη συμπεριφορά και αυτή η συμπεριφορά αξιοποιείται σε θερμαντικά στοιχεία και σε αντιστατικές εφαρμογές.
