Otkrivanje jedinstvenih svojstava i mogućnosti primjene zelenog mikropraha silicij-karbida
U današnjem području visokotehnoloških materijala, zeleni mikroprah silicij-karbida postupno postaje središte pozornosti zajednice znanosti o materijalima zbog svojih jedinstvenih fizikalnih i kemijskih svojstava. Ovaj spoj sastavljen od ugljikovih i silicijevih elemenata pokazao je široke mogućnosti primjene u mnogim industrijskim područjima zbog svoje posebne kristalne strukture i izvrsnih performansi. Ovaj članak će detaljno istražiti jedinstvena svojstva zelenog mikropraha silicij-karbida i njegov potencijal primjene u raznim područjima.
1. Osnovne karakteristike zelenog mikropraha silicij-karbida
Zeleni silicijev karbid (SiC) je sintetički supertvrdi materijal i pripada skupini spojeva s kovalentnom vezom. Njegova kristalna struktura predstavlja heksagonalni sustav s rasporedom sličnim dijamantu. Zeleni mikroprah silicijevog karbida obično se odnosi na praškaste proizvode s 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 silicijevog karbida tvori tetraedarsku koordinaciju s četiri atoma ugljika. Ova jaka kovalentna veza daje materijalu izuzetno visoku tvrdoću i kemijsku stabilnost. Vrijedi napomenuti da Mohsova tvrdoća zelenog silicijevog karbida doseže 9,2-9,3, odmah iza dijamanta i kubnog borovog nitrida, što ga čini nezamjenjivim u području abraziva.
2. Jedinstvena svojstva zelenog mikropraha silicij-karbida
1. Izvrsna mehanička svojstva
Najznačajnija značajka zelenog silicijevog karbidnog mikropraha je njegova izuzetno visoka tvrdoća. Njegova tvrdoća po Vickersu može doseći 2800-3300 kg/mm², što mu omogućuje dobre rezultate pri obradi tvrdih materijala. Istovremeno, zeleni silicijev karbid ima i dobru tlačnu čvrstoću te može održati visoku mehaničku čvrstoću na visokim temperaturama. Ova značajka omogućuje njegovu upotrebu u ekstremnim uvjetima.
2. Izvrsna toplinska svojstva
Toplinska vodljivost zelenog silicijevog karbida iznosi čak 120-200 W/(m·K), što je 3-5 puta više od običnog čelika. Ova izvrsna toplinska vodljivost čini ga idealnim materijalom za odvođenje topline. Još je nevjerojatnije da je koeficijent toplinskog širenja zelenog silicijevog karbida samo 4,0 × 10⁻⁶/℃, što znači da ima izvrsnu dimenzijsku stabilnost pri promjeni temperature i neće uzrokovati očite deformacije zbog toplinskog širenja i skupljanja.
3. Izvanredna kemijska stabilnost
Što se tiče kemijskih svojstava, zeleni silicijev karbid pokazuje izuzetno jaku inertnost. Može se oduprijeti koroziji većine kiselina, lužina i otopina soli te može ostati stabilan čak i na visokim temperaturama. Eksperimenti pokazuju da zeleni silicijev karbid i dalje može održati dobru stabilnost u oksidirajućem okruženju ispod 1000 ℃, što ga čini potencijalnim za dugotrajnu upotrebu u korozivnim okruženjima.
4. Posebna električna svojstva
Zeleni silicijev karbid je poluvodički materijal sa širokim energetskim razmakom od 3,0 eV, što je mnogo veće od 1,1 eV silicija. Ova značajka omogućuje mu da izdrži više napone i temperature te ima jedinstvene prednosti u području energetskih elektronika. Osim toga, zeleni silicijev karbid ima i visoku pokretljivost elektrona, što omogućuje razvoj visokofrekventnih uređaja.
3. Postupak pripreme zelenog mikropraha silicij-karbida
Priprema zelenog mikropraška silicij-karbida uglavnom se provodi Achesonovim postupkom. Ova metoda miješa kvarcni pijesak i petrolejni koks u određenom omjeru te ih zagrijava na 2000-2500 ℃ u otpornoj peći radi reakcije. Blokoviti zeleni silicij-karbid nastao reakcijom podvrgavaju se procesima poput drobljenja, sortiranja i kiseljenja kako bi se konačno dobili mikropraškasti proizvodi različitih veličina čestica.
Posljednjih godina, s napretkom tehnologije, pojavile su se neke nove metode pripreme. Kemijsko taloženje iz parne faze (CVD) može pripremiti visokočisti nanoskalni zeleni silicijev karbidni prah; sol-gel metoda može točno kontrolirati veličinu čestica i morfologiju praha; plazma metoda može postići kontinuiranu proizvodnju i poboljšati učinkovitost proizvodnje. Ovi novi procesi pružaju više mogućnosti za optimizaciju performansi i proširenje primjene zelenog mikropraha silicijevog karbida.
4. Glavna područja primjene zelenog mikropraha silicij-karbida
1. Precizno brušenje i poliranje
Kao supertvrdi abraziv, zeleni mikroprah silicij-karbida široko se koristi u preciznoj obradi cementiranog karbida, keramike, stakla i drugih materijala. U industriji poluvodiča, visokočisti zeleni prah silicij-karbida koristi se za poliranje silicijskih pločica, a njegove performanse rezanja su bolje od tradicionalnih abraziva od aluminijevog oksida. U području obrade optičkih komponenti, zeleni prah silicij-karbida može postići nano-razmjernu hrapavost površine i zadovoljiti zahtjeve obrade visokopreciznih optičkih komponenti.
2. Napredni keramički materijali
Zeleni silicijev karbidni prah važna je sirovina za pripremu visokoučinkovite keramike. Strukturna keramika s izvrsnim mehaničkim svojstvima i toplinskom stabilnošću može se izraditi postupcima vrućeg prešanja, sinteriranja ili reakcijskog sinteriranja. Ova vrsta keramičkog materijala široko se koristi u ključnim komponentama kao što su mehaničke brtve, ležajevi i mlaznice, posebno u teškim radnim uvjetima poput visoke temperature i korozije.
3. Elektronika i poluvodički uređaji
U području elektronike, zeleni silicijev karbidni prah koristi se za pripremu poluvodičkih materijala sa širokim energetskim razmakom. Uređaji za napajanje na bazi zelenog silicijevog karbida imaju visokofrekventne, visokonaponske i visokotemperaturne radne karakteristike te pokazuju veliki potencijal u vozilima s novom energijom, pametnim mrežama i drugim područjima. Studije su pokazale da zeleni silicijev karbidni uređaji za napajanje mogu smanjiti gubitak energije za više od 50% u usporedbi s tradicionalnim uređajima na bazi silicija.
4. Kompozitna armatura
Dodavanje zelenog silicijevog karbidnog praha kao faze ojačanja metalnoj ili polimernoj matrici može značajno poboljšati čvrstoću, tvrdoću i otpornost na habanje kompozitnog materijala. U zrakoplovnoj industriji, kompoziti silicijevog karbida na bazi aluminija koriste se za proizvodnju laganih i visokočvrstih konstrukcijskih dijelova; u automobilskoj industriji, kočione pločice ojačane silicijevim karbidom pokazuju izvrsnu otpornost na visoke temperature.
5. Vatrostalni materijali i premazi
Korištenjem stabilnosti zelenog silicijevog karbida na visokim temperaturama mogu se pripremiti visokoučinkoviti vatrostalni materijali. U industriji taljenja čelika, vatrostalne opeke od silicijevog karbida široko se koriste u opremi za visoke temperature kao što su visoke peći i konvertori. Osim toga, premazi od silicijevog karbida mogu pružiti izvrsnu zaštitu od habanja i korozije osnovnog materijala te se koriste u kemijskoj opremi, lopaticama turbina i drugim područjima.