ซิลิกอนคาร์ไบด์ (Carborundum) เป็นวัสดุขัดที่ใช้กันทั่วไปชนิดหนึ่ง มีข้อดีหลายประการในด้านอุณหพลศาสตร์ สารเคมี และฟิสิกส์ เหมาะสำหรับการขัด, สารกัดกร่อน, สีและวัสดุทนไฟ คุณสมบัติของซิลิกอนคาร์ไบด์แสดงให้เห็นในด้านต่อไปนี้:
คุณสมบัติของซิลิกอนคาร์ไบด์ในสารเคมี:
-
ซิลิกอนคาร์ไบด์มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันสูง
เมื่อถูกความร้อนถึง 1,000 °C ในอากาศ ซิลิกอนคาร์ไบด์จะออกซิไดซ์ที่พื้นผิวเท่านั้น ทำให้เกิดฟิล์มซิลิกอนไดออกไซด์ ฟิล์มสามารถปกป้องวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์จากการเกิดออกซิเดชัน
เมื่อถูกความร้อนถึง 1300 °C คริสโตบาไลต์เริ่มตกตะกอนในชั้นฟิล์มซิลิกอนไดออกไซด์ การเปลี่ยนแปลงของรูปแบบผลึกทำให้ชั้นฟิล์มแตกและอัตราการออกซิเดชันเพิ่มขึ้นเล็กน้อย
เมื่อถูกความร้อนถึง 1500-1600 °C ชั้นฟิล์มซิลิกอนไดออกไซด์จะหนาขึ้น และความสามารถในการป้องกันการเกิดออกซิเดชันจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นซิลิกอนคาร์ไบด์จึงมีความเสถียรมากที่อุณหภูมิสูง เมื่อถูกความร้อนที่สูงกว่า 1627 °C ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของซิลิกอนคาร์ไบด์จะลดลงอย่างรวดเร็ว
-
ซิลิกอนคาร์ไบด์มีความคงตัวทางเคมีที่แข็งแกร่ง
ความเสถียรทางเคมีของซิลิกอนคาร์ไบด์ก็เนื่องมาจากความสามารถในการต้านทานการเกิดออกซิเดชัน
ผลกระทบของสารกัดกร่อนต่างๆ ต่อซิลิกอนคาร์ไบด์ มีดังนี้
| สารผสมปฏิกิริยา | อุณหภูมิ (°C) | ปฏิกิริยาและการกัดกร่อนของซิลิกอนคาร์ไบด์ |
| MgO | 740 | ไม่มีปฏิกิริยา |
| 1000 | ปฏิกิริยาเริ่มต้น | |
| 1555 | ปฏิกิริยาการสลายตัวของซิลิกอนคาร์ไบด์เกิดขึ้นอย่างชัดเจน | |
| CaO | 1000 | ปฏิกิริยาเริ่มต้น |
| 1690-1340 | ผลิตแคลเซียมคาร์ไบด์และแคลเซียมซิลิเกต | |
| Al2O3 | 1700 | ไม่มีปฏิกิริยา |
| TiO2 | 1720 | ปฏิกิริยาเมื่อมีคาร์บอน |
| Cr2O3 | 1600 | ปฏิกิริยาเกิดขึ้นและเกิดโครเมียมซิลิเกตขึ้น |
| Fe2O3 & FeO | 1300 | ปฏิกิริยาเริ่มต้น |
| 1500 | ปฏิกิริยาที่ชัดเจน | |
| 1500-1600 | Fe2O3 ทำปฏิกิริยากับ SiC เพื่อสร้างเหล็กซิลิเกตต่อหน้าคาร์บอน | |
| CuO | 800 | ปฏิกิริยาเริ่มต้น |
| 1500 | ปฏิกิริยาในการผลิตคอปเปอร์ซิลิเกต | |
| Na2O3 | ในบรรยากาศออกซิไดซ์ ซิลิกอนคาร์ไบด์จะถูกออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ | |
| เกาะ | แคลเซียมคาร์ไบด์สลายตัวและละลาย | |
| อัลคาไลน์คาร์บอเนต | โจมตีและสลายซิลิกอนคาร์ไบด์ | |
| Na2CO3 | 900 | โจมตีและสลายซิลิกอนคาร์ไบด์ |
| K2CO3 | 1100 (สำหรับ 15 นาที) | ซิลิกอนคาร์ไบด์ละลายหมด |
| กรณี | 525 | ไม่มีปฏิกิริยา |
| FeS | 1200 (เป็นเวลา 15 นาที) | ซิลิคอนคาร์ไบด์สึกกร่อน |
| โซเดียมซิลิเกต | 1300 | ในบรรยากาศการออกซิไดซ์อย่างแรง ซิลิกอนคาร์ไบด์จะสลายตัว |
| แคลเซียมซิลิเกต | 1700 (สำหรับ 15 นาที) | ไม่มีปฏิกิริยา |
| 2FeO. SiO2 | 1400 (เป็นเวลา 15 นาที) | ปฏิกิริยา |
คุณสมบัติของซิลิกอนคาร์ไบด์ในทางฟิสิกส์ :
-
ความแข็งของซิลิกอนคาร์ไบด์
ความแข็งของซิลิกอนคาร์ไบด์อยู่ระหว่างอลูมินาผสมและเพชร ความแข็งของโมห์ของซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำคือ 9.2-9.3 ความแข็งโมห์ของซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวคือ 9.4-9.5 ความแข็งของ Vickers ของ carborundum คือ 3100-3400kg/mm2 ความแข็งของซิลิกอนคาร์ไบด์จะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ที่อุณหภูมิสูง 1200 °C ความแข็งของซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถเพิ่มเป็นสองเท่าของอะลูมินาที่หลอมรวม
-
ความเหนียวของซิลิกอนคาร์ไบด์
ความเหนียวของสารกัดกร่อนซิลิกอนคาร์ไบด์หมายถึงความยากในการแตกหักภายใต้การกระทำของแรงภายนอก ตัวอย่างเช่น กรวด F46 ความแข็งของคาร์บอรันดัมที่ทดสอบโดยวิธีแรงดันสถิตอยู่ที่ประมาณ 68-78%
ความแข็งแรงเชิงกลของซิลิกอนคาร์ไบด์จะสูงกว่าเมื่อเทียบกับอลูมินาผสม ตัวอย่างเช่น F120 กำลังรับแรงอัดของซิลิกอนคาร์ไบด์คือ 186KN/cm2 และกำลังรับแรงอัดของสารกัดกร่อนคอรันดัมคือ 100KN/cm2
-
สีของซิลิกอนคาร์ไบด์
ซิลิกอนคาร์ไบด์แบ่งออกเป็นซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำและซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียว สีเกิดจากเนื้อหาและประเภทของสิ่งเจือปนในคริสตัล ซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำเป็นสีฟ้าอ่อนสีดำความบริสุทธิ์ของ SiC สีดำเกรดแรกคือ 98% ซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียวเป็นสีเขียว และความบริสุทธิ์ของ SiC สีเขียวเกรดหนึ่งคือ 99%
-
ค่าการนำความร้อนและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของซิลิกอนคาร์ไบด์
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของซิลิกอนคาร์ไบด์ที่อุณหภูมิต่างกัน (x10-6/ °C):
| 100-500 °C | 100-900 °C | 15-1000 °C | 25-1700 °C | 20-1000 °C | 20-1525 °C | 20-1000 °C | 20-1470 °C |
| 4.1 | 4.47 | 4.35 | 4.3 | 5.2 | 4.9 | 4.3 | 4.5 |
จะเห็นได้ว่าที่อุณหภูมิ 25-1400 °C ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเฉลี่ยของซิลิกอนคาร์ไบด์คือ 4.4×10-6/°C ในขณะที่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของอลูมินาหลอมละลายคือ 7-8×10-6/°C
-
ค่าการนำไฟฟ้าของซิลิกอนคาร์ไบด์
เนื่องจากการนำสิ่งเจือปนเข้ามา ทำให้ซิลิกอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ ค่าการนำไฟฟ้าของซิลิกอนคาร์ไบด์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อความเข้มของสนามไฟฟ้าเพิ่มขึ้น และมีลักษณะไม่เชิงเส้น นอกจากนี้ ค่าการนำไฟฟ้าของซิลิกอนคาร์ไบด์ยังเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิอีกด้วย