Að afhjúpa einstaka eiginleika og notkunarmöguleika græns kísilkarbíðs ördufts
Í hátækniefnum nútímans er grænt kísilkarbíð örduft smám saman að verða í brennidepli í efnisvísindasamfélaginu vegna einstakra eðlis- og efnafræðilegra eiginleika sinna. Þetta efnasamband, sem samanstendur af kolefnis- og kísillþáttum, hefur sýnt víðtæka möguleika á notkun í mörgum iðnaðarsviðum vegna sérstakrar kristalbyggingar og framúrskarandi eiginleika. Þessi grein mun skoða ítarlega einstaka eiginleika græns kísilkarbíð ördufts og notkunarmöguleika þess á ýmsum sviðum.
1. Grunneiginleikar græns kísilkarbíðs ördufts
Grænt kísillkarbíð (SiC) er tilbúið ofurhart efni og tilheyrir samgildum tengiefnasamböndum. Kristallabygging þess er sexhyrnd með demantslíkri uppröðun. Grænt kísillkarbíð örduft vísar venjulega til duftafurða með agnastærð á bilinu 0,1-100 míkron og liturinn er fjölbreyttur, allt frá ljósgrænum til dökkgrænum, vegna mismunandi hreinleika og óhreinindainnihalds.
Miðað við smásjárbyggingu myndar hvert kísilatóm í græna kísilkarbíðkristallinum fjórflötungs samhæfingu við fjögur kolefnisatóm. Þessi sterka samgilda tengibygging gefur efninu afar mikla hörku og efnafræðilegan stöðugleika. Það er vert að taka fram að Mohs-hörka græns kísilkarbíðs nær 9,2-9,3, næst á eftir demanti og kubískum bórnítríði, sem gerir það ómissandi á sviði slípiefna.
2. Einstakir eiginleikar græns kísilkarbíðs ördufts
1. Framúrskarandi vélrænir eiginleikar
Einkennandi eiginleiki græns kísilkarbíðs ördufts er afar mikil hörka þess. Vickers hörkan getur náð 2800-3300 kg/mm², sem gerir það að verkum að það virkar vel við vinnslu á hörðum efnum. Á sama tíma hefur grænt kísilkarbíð einnig góðan þjöppunarstyrk og getur samt viðhaldið miklum vélrænum styrk við hátt hitastig. Þessi eiginleiki gerir það mögulegt að nota það í öfgafullum aðstæðum.
2. Framúrskarandi hitauppstreymiseiginleikar
Varmaleiðni græns kísilkarbíðs er allt að 120-200W/(m·K), sem er 3-5 sinnum meiri en venjulegt stál. Þessi framúrskarandi varmaleiðni gerir það að kjörnu varmadreifingarefni. Það sem er enn merkilegra er að varmaþenslustuðull græns kísilkarbíðs er aðeins 4,0 × 10⁻⁶/℃, sem þýðir að það hefur framúrskarandi víddarstöðugleika þegar hitastig breytist og mun ekki valda augljósri aflögun vegna varmaþenslu og samdráttar.
3. Framúrskarandi efnafræðilegur stöðugleiki
Hvað varðar efnafræðilega eiginleika sýnir grænt kísilkarbíð afar sterka óvirkni. Það getur staðist tæringu flestra sýra, basa og saltlausna og getur haldist stöðugt jafnvel við hátt hitastig. Tilraunir sýna að grænt kísilkarbíð getur samt viðhaldið góðum stöðugleika í oxandi umhverfi undir 1000°C, sem gerir það mögulegt til langtímanotkunar í ætandi umhverfi.
4. Sérstakir rafmagnseiginleikar
Grænt kísillkarbíð er hálfleiðaraefni með breitt bandbil og bandbilsbreidd upp á 3,0 eV, sem er mun stærra en 1,1 eV kísils. Þessi eiginleiki gerir því kleift að þola hærri spennu og hitastig og hefur einstaka kosti á sviði rafeindabúnaðar. Að auki hefur grænt kísillkarbíð einnig mikla rafeindahreyfanleika, sem gerir það mögulegt að þróa hátíðnitæki.
3. Undirbúningsferli græns kísilkarbíðs ördufts
Við gerð græns kísilkarbíðs ördufts er aðallega notað Acheson-aðferðin. Þessi aðferð blandar kvarssandi og jarðolíukóki saman í ákveðnu hlutfalli og hitar þau upp í 2000-2500°C í viðnámsofni til að hvarfast. Klumpkennt grænt kísilkarbíð sem myndast við hvarfið fer í gegnum ferli eins og mulning, flokkun og súrsun til að fá að lokum örduftafurðir af mismunandi agnastærðum.
Á undanförnum árum, með tækniframförum, hafa nýjar aðferðir við framleiðslu komið fram. Með efnagufuútfellingu (CVD) er hægt að búa til grænt kísilkarbíðduft með mikilli hreinleika á nanóskala; með sól-gel aðferðinni er hægt að stjórna agnastærð og formgerð duftsins nákvæmlega; með plasma aðferðinni er hægt að ná fram samfelldri framleiðslu og bæta framleiðsluhagkvæmni. Þessar nýju aðferðir bjóða upp á fleiri möguleika á afköstahagræðingu og aukinni notkun græns kísilkarbíðs ördufts.
4. Helstu notkunarsvið græns kísilkarbíðs ördufts
1. Nákvæm slípun og fæging
Sem ofurhart slípiefni er grænt kísilkarbíð örduft mikið notað í nákvæmnivinnslu á sementuðu karbíði, keramik, gleri og öðrum efnum. Í hálfleiðaraiðnaðinum er hágæða grænt kísilkarbíðduft notað til að pússa kísilþynnur og skurðargeta þess er betri en hefðbundinna áloxíðslípiefna. Í vinnslu ljósleiðaraíhluta getur grænt kísilkarbíðduft náð yfirborðsgrófleika á nanóskala og uppfyllt vinnslukröfur nákvæmra ljósleiðaraíhluta.
2. Háþróuð keramikefni
Grænt kísilkarbíðduft er mikilvægt hráefni til framleiðslu á afkastamiklum keramikefnum. Byggingarkeramik með framúrskarandi vélrænum eiginleikum og hitastöðugleika er hægt að framleiða með heitpressunar- eða hvarfsintunarferlum. Þessi tegund keramikefnis er mikið notuð í lykilhlutum eins og vélrænum þéttingum, legum og stútum, sérstaklega við erfiðar vinnuaðstæður eins og hátt hitastig og tæringu.
3. Rafeindabúnaður og hálfleiðarar
Á sviði rafeindatækni er grænt kísilkarbíðduft notað til að búa til hálfleiðaraefni með breitt bandgap. Rafmagnstæki sem byggja á grænu kísilkarbíði hafa eiginleika sem þola hátíðni, háspennu og háan hita og sýna mikla möguleika í nýjum orkutækjum, snjallnetum og öðrum sviðum. Rannsóknir hafa sýnt að græn kísilkarbíðrafmagnstæki geta dregið úr orkutapi um meira en 50% samanborið við hefðbundin tæki sem byggja á kísil.
4. Samsett styrking
Að bæta grænu kísilkarbíðdufti við sem styrkingarfasa í málm- eða fjölliðuefni getur aukið styrk, hörku og slitþol samsetta efnisins verulega. Í geimferðaiðnaðinum eru kísilkarbíðsamsetningar úr áli notaðar til að framleiða létt og sterk byggingarhluta; í bílaiðnaðinum sýna kísilkarbíðstyrktir bremsuklossar framúrskarandi háhitaþol.
5. Eldföst efni og húðun
Með því að nýta háhitastöðugleika græns kísilkarbíðs er hægt að framleiða afkastamikil eldföst efni. Í stálbræðsluiðnaði eru eldföst múrsteinar úr kísilkarbíði mikið notaðir í háhitabúnaði eins og háofnum og breytum. Að auki geta kísilkarbíðhúðanir veitt framúrskarandi slit- og tæringarvörn fyrir grunnefnið og eru notaðar í efnabúnaði, túrbínublöðum og öðrum sviðum.