คุณสมบัติและการใช้งานของซิลิคอนคาร์ไบด์
ซิลิคอนคาร์ไบด์ไม่ได้เป็นเพียงวัสดุทนไฟที่ดีเยี่ยมเท่านั้น แต่ยังเป็นวัสดุบดที่ใช้กันทั่วไป วัสดุป้องกันการกัดกร่อน และวัสดุนำความร้อน สารเคมีหลักของซิลิกอนคาร์ไบด์คือ SiC โดยมีชื่อเรียกอีกอย่างว่าคาร์บอรันดัม จะได้รับคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมมากมาย
ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ใช้ในผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมถูกสังเคราะห์ขึ้นเองที่อุณหภูมิสูง 2,200-2500 ° C ซึ่งแทบไม่มีอยู่ในธรรมชาติ วัตถุดิบหลักของซิลิกอนคาร์ไบด์สังเคราะห์ ได้แก่ ทรายควอทซ์ (ซิลิกา) ปิโตรเลียมโค้ก และวัสดุเสริม ได้แก่ ขี้เลื่อย เกลือ ฯลฯ องค์ประกอบของทรายควอทซ์คือ SiO2 ซึ่งให้ซิลิคอนสำหรับซิลิกอนคาร์ไบด์ องค์ประกอบของปิโตรเลียมโค้กคือ C ซึ่งให้คาร์บอนสำหรับซิลิคอนคาร์ไบด์ วัสดุเสริมไม่มีส่วนร่วมในกระบวนการถลุงปฏิกิริยา และบทบาทของเศษไม้คือการเพิ่มการซึมผ่านของประจุของเตาเผา เกลือแกงจะถูกเติมลงในการถลุงซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวเท่านั้น ทำให้ปรากฏเป็นสีเขียว
ซิลิคอนคาร์ไบด์แบ่งตามสี ได้แก่ซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำและซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว แตกต่างกันไปตามความบริสุทธิ์และความแข็ง ความบริสุทธิ์ของซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำนั้นต่ำกว่าความบริสุทธิ์ของซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียวเล็กน้อย คาร์บอรันดัมสีดำมีปริมาณ SiC ไม่น้อยกว่า 98% คาร์บอรันดัมสีเขียวได้รับความบริสุทธิ์ของ SiC มากกว่า 99% ทั้งสองเป็นผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์เฟสα
ซิลิคอนคาร์ไบด์ทั้งสีเขียวและสีดำมีคุณสมบัติทั่วไปดังต่อไปนี้:
| ดัชนี | ซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำ (เกรด A) | ซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียว |
| องค์ประกอบทางเคมี | ซีซี:98-99.2% | ซีซี 98.8-99.5% |
| ความแข็งของโมห์: | 9.2-9.3 | 9.4-9.5 |
| ความแข็งของวิคเกอร์: | เกรดเฉลี่ย 28-32 | เกรดเฉลี่ย 33-34 |
| แรงดึงดูดเฉพาะ: | 3.15-3.20 กรัม/ซม. 3 | 3.2-3.45 กรัม/ซม. 3 |
| ความหนาแน่นรวม (LPD ขึ้นอยู่กับขนาด): | 0.8-1.5 ก./ซม. 3 | 0.6-1.5 ก./ซม. 3 |
| สี: | สีดำ | สีเขียว |
| รูปร่างของอนุภาค: | หกเหลี่ยม | หกเหลี่ยม |
| โมดูลัสความยืดหยุ่น | 58-65×10 6 psi | 58-65×10 6 psi |
| ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน | 3.9-4.5×10 -6 /°ซ | 4.0-4.8×10 -6 /°ซ |
| การนำความร้อน (ที่ 25°C) | 70-130 วัตต์/M·K | 60-200W/M·K |
| วัตถุดิบ | ปิโตรเลียมโค้ก ทรายควอทซ์ | โค้กปิโตรเลียม ทรายควอทซ์ เกลือ |
| ข้อมูลจำเพาะที่มีจำหน่าย | F12-F220,F230-F1200,P40-P5000 | F12-F220,F230-F2000 |
ซิลิคอนคาร์ไบด์ทั้งสีเขียวและสีดำมีคุณสมบัติทั่วไปดังต่อไปนี้:
1. ความเสถียรทางเคมีที่อุณหภูมิสูง:
ซิลิคอนคาร์ไบด์มีจุดหลอมเหลวที่สูงมากและทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดี ซึ่งสามารถรักษาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงได้ ซิลิคอนคาร์ไบด์จะไม่ออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิ 1,400 ° C แต่จะสร้างชั้นฟิล์มบางของซิลิคอนไดออกไซด์บนพื้นผิวของคริสตัลแทน เป็นผลให้ฟิล์มบางยังทำให้รูปลักษณ์ของซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแวววาวหลากสีสันอีกด้วย
2. ทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดี:
ซิลิคอนคาร์ไบด์มีจุดหลอมเหลวที่สูงมากและสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้ตั้งแต่ 1800 ถึง 1900 ° C โดยมีอุณหภูมิปลายน้ำที่ 2300 ° C ซิลิคอนคาร์ไบด์ยังมีความแข็งแรงและทนต่อแรงกระแทกที่อุณหภูมิสูงได้ดีทำให้เป็นวัสดุทนไฟที่ใช้กันทั่วไป ในการผลิตเหล็ก
3. ความแข็งสูง:
ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแข็งสูงมาก ต่ำกว่าเพชรเท่านั้น ช่วยให้ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความต้านทานการสึกหรอและประสิทธิภาพการเจียรที่ดีเยี่ยมในด้านต่างๆ เช่น การเสียดสี การตัด และการเจียร ในระดับ Mohs ความแข็งของเพชรคือ Mohs 10.0 ความแข็งของซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวคือ Mohs 9.4-9.5 (ความแข็งของ Vickers 33-34Gpa) และความแข็งของซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำคือ Mohs 9.2-9.3 (ความแข็งของ Vickers 28- 32Gpa)
4. ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม:
ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความต้านทานการกัดกร่อนต่อกรดและด่างส่วนใหญ่ได้ดีเยี่ยม ไม่ทำปฏิกิริยากับกรดและเบสแก่ และสามารถใช้ได้อย่างเสถียรเป็นเวลานานภายใต้อุณหภูมิที่ซับซ้อนและสภาพแวดล้อมทางเคมี
5. การนำความร้อนที่ดีเยี่ยม:
ซิลิคอนคาร์ไบด์มีค่าการนำความร้อนสูง โดยมีค่าการนำความร้อน 60-200 W/M · K ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งสามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับวัสดุหรือสารเคลือบที่นำความร้อน เช่น แผ่นระบายความร้อนและแผ่นระบายความร้อน
6. ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ต่ำกว่า:
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของซิลิคอนคาร์ไบด์คือ 3.9-4.5 x10-6/℃ ซึ่งใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ทนไฟ และเซรามิก SiC มีแนวโน้มที่จะเกิดการคืบคลานและการเสียรูปน้อยกว่า
7. ประสิทธิภาพของฉนวนที่ดีเยี่ยม:
ซิลิคอนคาร์ไบด์มีประสิทธิภาพการเป็นฉนวนสูงและสามารถรักษาประสิทธิภาพของฉนวนให้คงที่ภายใต้อุณหภูมิสูงและสภาวะสนามไฟฟ้าสูง ดังนั้นจึงมักใช้เป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และวัสดุฉนวนและยังเป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์
8. ความหนาแน่นลดลง:
ความถ่วงจำเพาะของซิลิคอนคาร์ไบด์คือ 3.2g/cm3 ซึ่งต่ำกว่าโลหะและคอรันดัมส่วนใหญ่
9. ความเปราะบางและความเหนียว:
แม้ว่าซิลิคอนคาร์ไบด์จะมีความแข็งสูง แต่ก็มีความเปราะบางและมีความเหนียวต่ำเล็กน้อย ความเหนียวของซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำสูงกว่าซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียว