Otkrivanje jedinstvenih svojstava i mogućnosti primjene zelenog mikropraha silicijum karbida
U današnjem području visokotehnoloških materijala, zeleni mikroprah silicijum karbida postepeno postaje fokus pažnje zajednice koja se bavi naukom o materijalima zbog svojih jedinstvenih fizičkih i hemijskih svojstava. Ovaj spoj sastavljen od ugljičnih i silicijumskih elemenata pokazao je široke mogućnosti primjene u mnogim industrijskim oblastima zahvaljujući svojoj posebnoj kristalnoj strukturi i odličnim performansama. Ovaj članak će detaljno istražiti jedinstvena svojstva zelenog mikropraha silicijum karbida i njegov potencijal primjene u različitim oblastima.
1. Osnovne karakteristike zelenog mikropraha silicijum karbida
Zeleni silicijum karbid (SiC) je sintetički supertvrdi materijal i pripada grupi kovalentno vezanih spojeva. Njegova kristalna struktura predstavlja heksagonalni sistem sa rasporedom sličnim dijamantu. Zeleni mikroprah silicijum karbida obično se odnosi na praškaste proizvode sa veličinom čestica u rasponu od 0,1-100 mikrona, a njegova boja ima različite tonove od svijetlozelene do tamnozelene zbog različite čistoće i sadržaja nečistoća.
Iz mikroskopske strukture, svaki atom silicija u zelenom kristalu silicijum karbida formira tetraedarsku koordinaciju sa četiri atoma ugljika. Ova jaka kovalentna veza daje materijalu izuzetno visoku tvrdoću i hemijsku stabilnost. Vrijedi napomenuti da Mohsova tvrdoća zelenog silicijum karbida dostiže 9,2-9,3, što ga čini nezamjenjivim u oblasti abraziva.
2. Jedinstvena svojstva zelenog mikropraha silicijum karbida
1. Odlična mehanička svojstva
Najznačajnija karakteristika zelenog silicijum karbidnog mikropraha je njegova izuzetno visoka tvrdoća. Njegova tvrdoća po Vickersu može doseći 2800-3300 kg/mm², što mu omogućava dobre rezultate pri obradi tvrdih materijala. Istovremeno, zeleni silicijum karbid također ima dobru tlačnu čvrstoću i može održati visoku mehaničku čvrstoću na visokim temperaturama. Ova karakteristika omogućava njegovu upotrebu u ekstremnim okruženjima.
2. Odlična termička svojstva
Toplinska provodljivost zelenog silicijum karbida iznosi čak 120-200 W/(m·K), što je 3-5 puta više od običnog čelika. Ova odlična toplinska provodljivost čini ga idealnim materijalom za odvođenje topline. Još je nevjerovatnije da je koeficijent toplinskog širenja zelenog silicijum karbida samo 4,0 × 10⁻⁶/℃, što znači da ima odličnu dimenzionalnu stabilnost pri promjeni temperature i neće izazvati očigledne deformacije usljed toplinskog širenja i skupljanja.
3. Izvanredna hemijska stabilnost
Što se tiče hemijskih svojstava, zeleni silicijum karbid pokazuje izuzetno jaku inertnost. Može se oduprijeti koroziji uzrokovanoj većinom kiselina, alkalija i rastvora soli, te ostati stabilan čak i na visokim temperaturama. Eksperimenti pokazuju da zeleni silicijum karbid i dalje može održati dobru stabilnost u oksidirajućem okruženju ispod 1000℃, što ga čini potencijalnim za dugoročnu upotrebu u korozivnim okruženjima.
4. Posebna električna svojstva
Zeleni silicijum karbid je poluprovodnički materijal sa širokim energetskim procepom od 3,0 eV, što je mnogo veće od 1,1 eV kod silicijuma. Ova karakteristika mu omogućava da izdrži više napone i temperature, te ima jedinstvene prednosti u oblasti energetskih elektronika. Osim toga, zeleni silicijum karbid ima i visoku pokretljivost elektrona, što omogućava razvoj visokofrekventnih uređaja.
3. Proces pripreme zelenog mikropraha silicijum karbida
Priprema zelenog mikropraha silicijum karbida uglavnom se vrši Achesonovim postupkom. Ova metoda miješa kvarcni pijesak i petrolej koks u određenom omjeru, a zatim ih zagrijava na 2000-2500℃ u otpornoj peći radi reakcije. Blokoviti zeleni silicijum karbid koji nastaje reakcijom podvrgavaju se procesima kao što su drobljenje, sortiranje i kiseljenje kako bi se konačno dobili mikroprahovi različitih veličina čestica.
Posljednjih godina, s napretkom tehnologije, pojavile su se neke nove metode pripreme. Hemijsko taloženje iz pare (CVD) može pripremiti visokočisti nano-skalarni zeleni silicijum karbidni prah; sol-gel metoda može precizno kontrolirati veličinu čestica i morfologiju praha; plazma metoda može postići kontinuiranu proizvodnju i poboljšati efikasnost proizvodnje. Ovi novi procesi pružaju više mogućnosti za optimizaciju performansi i proširenje primjene zelenog mikropraha silicijum karbida.
4. Glavna područja primjene zelenog mikropraha silicijum karbida
1. Precizno brušenje i poliranje
Kao supertvrdi abraziv, zeleni mikroprah silicijum karbida se široko koristi u preciznoj obradi cementiranog karbida, keramike, stakla i drugih materijala. U industriji poluprovodnika, visokočisti zeleni prah silicijum karbida koristi se za poliranje silicijumskih pločica, a njegove performanse rezanja su bolje od tradicionalnih abraziva od aluminijum oksida. U oblasti obrade optičkih komponenti, zeleni prah silicijum karbida može postići nano-razmjernu hrapavost površine i ispuniti zahtjeve obrade visokopreciznih optičkih komponenti.
2. Napredni keramički materijali
Zeleni silicijum karbidni prah je važna sirovina za pripremu visokoperformansne keramike. Strukturna keramika sa odličnim mehaničkim svojstvima i termičkom stabilnošću može se napraviti procesima vrućeg presovanja, sinterovanja ili reakcionog sinterovanja. Ova vrsta keramičkog materijala se široko koristi u ključnim komponentama kao što su mehanička zaptivka, ležajevi i mlaznice, posebno u teškim radnim uslovima kao što su visoka temperatura i korozija.
3. Elektronika i poluprovodnički uređaji
U oblasti elektronike, zeleni silicijum karbidni prah se koristi za pripremu poluprovodničkih materijala sa širokim energetskim razmakom. Uređaji za napajanje bazirani na zelenom silicijum karbidu imaju radne karakteristike visoke frekvencije, visokog napona i visoke temperature, te pokazuju veliki potencijal u vozilima s novom energijom, pametnim mrežama i drugim oblastima. Studije su pokazale da zeleni uređaji za napajanje na bazi silicijum karbida mogu smanjiti gubitak energije za više od 50% u poređenju s tradicionalnim uređajima na bazi silicija.
4. Kompozitna armatura
Dodavanje zelenog silicijum karbidnog praha kao faze ojačanja u metalnu ili polimernu matricu može značajno poboljšati čvrstoću, tvrdoću i otpornost na habanje kompozitnog materijala. U vazduhoplovnoj industriji, kompoziti silicijum karbida na bazi aluminija koriste se za proizvodnju laganih i visokočvrstih strukturnih dijelova; u automobilskoj industriji, kočione pločice ojačane silicijum karbidom pokazuju odličnu otpornost na visoke temperature.
5. Vatrostalni materijali i premazi
Korištenjem stabilnosti zelenog silicijum karbida na visokim temperaturama, mogu se pripremiti visokoučinkoviti vatrostalni materijali. U industriji topljenja čelika, vatrostalne opeke od silicijum karbida se široko koriste u opremi za visoke temperature kao što su visoke peći i konvertori. Osim toga, premazi od silicijum karbida mogu pružiti odličnu zaštitu od habanja i korozije za osnovni materijal i koriste se u hemijskoj opremi, lopaticama turbina i drugim oblastima.