كربيد السيليكون (كربيد كربيد), المعروف أيضًا باسم كربيد السيليكون أو اكسيد الالمونيوم, هو مركب يتكون من السيليكون والكربون. فيما يلي بعض الحقائق الأساسية حول كربيد السيليكون:
- بناء: يحتوي كربيد السيليكون على مجموعة متنوعة من الهياكل البلورية, وأكثرها شيوعًا هي α-SiC و β-SiC. α-SiC له هيكل سداسي, بينما β-SiC له هيكل مكعب.
- صلابة: كما ذكرنا سابقا, كربيد السيليكون صعب للغاية, في المرتبة الثانية بعد نيتريد الماس والبورون المكعب. وعادة ما يتم تصنيفها 9 ل 9.5 على مقياس صلابة موس.
- طلب:
- المواد الكاشطة: بسبب صلابته العالية للغاية, غالبًا ما يستخدم كربيد السيليكون في المواد الكاشطة مثل ورق الصنفرة, عجلات الطحن, إلخ.
- أشباه الموصلات: يحتوي كربيد السيليكون على مجموعة واسعة من التطبيقات في درجات الحرارة المرتفعة, عالية التردد, والأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة لأنها تستطيع الحفاظ على خواصها الكهربائية في ظل الظروف القاسية.
- المواد المقاومة للحرارة: بسبب ارتفاع درجة انصهارها (عن 2730 درجة مئوية), يستخدم كربيد السيليكون كمادة حرارية ومواد هيكلية عالية الحرارة.
- سيراميك: يستخدم سيراميك كربيد السيليكون لتصنيع المحامل, الأختام, وقطع غيار السيارات بسبب صلابتها العالية ومقاومتها للتآكل.
- تصنيع: يمكن تصنيع كربيد السيليكون بعدة طرق, وأكثرها شيوعًا هو تفاعل ثاني أكسيد السيليكون (مثل رمل الكوارتز) مع الكربون (مثل فحم الكوك) عند درجات حرارة عالية لإنتاج SiC.
- ملكيات: بالإضافة إلى الصلابة, يحتوي كربيد السيليكون أيضًا على موصلية حرارية عالية, معامل منخفض للتمدد الحراري, الاستقرار الكيميائي ومقاومة التآكل.
قضيب كربيد السيليكون
هل كربيد السيليكون سيراميك؟
نعم, كربيد السيليكون (كربيد كربيد) يمكن اعتبارها مادة خزفية.
- تعريف: يشير السيراميك عادة إلى المواد المصنوعة من مواد غير معدنية غير عضوية (مثل الأكاسيد, النتريدات, كربيدات, إلخ.) من خلال تلبيد درجة الحرارة العالية. كربيد السيليكون يلبي هذا التعريف.
- ملكيات: يحتوي كربيد السيليكون على العديد من خصائص السيراميك النموذجية, مشتمل:
- صلابة عالية: كما ذكر من قبل, كربيد السيليكون صعب للغاية.
- نقطة انصهار عالية: عن 2730 درجة مئوية, أعلى بكثير من نقطة انصهار معظم المعادن.
- مقاومة درجات الحرارة العالية: يحتفظ كربيد السيليكون بخصائصه الفيزيائية والكيميائية عند درجات حرارة عالية.
- مقاومة التآكل: لديها مقاومة جيدة للتآكل لمعظم المواد الكيميائية.
- معامل التمدد الحراري المنخفض: وهذا يعني أن حجم كربيد السيليكون يتغير بشكل أقل عندما تتغير درجة الحرارة.
- طلب: في تطبيق السيراميك, يستخدم كربيد السيليكون لصنع المواد المقاومة للحرارة, سيراميك مقاوم للتآكل, السيراميك الهيكلي, السيراميك الالكتروني, إلخ. على سبيل المثال:
- السيراميك الهيكلي: تستخدم لتصنيع المحامل, الأختام, أدوات القطع, إلخ.
- السيراميك الالكتروني: تستخدم كمواد أساسية أو مواد تعبئة في أجهزة أشباه الموصلات.
هل كربيد السيليكون أصعب من أكسيد الألومنيوم؟
نعم, كربيد السيليكون (كربيد كربيد) أصعب من أكسيد الألومنيوم (آل₂O₃). تتراوح صلابة كربيد السيليكون حسب مقياس موس بين حوالي 9 و 9.5, في حين أن صلابة موس لأكسيد الألومنيوم عادة ما تكون موجودة 9. لذلك, يعتبر كربيد السيليكون بشكل عام مادة أكثر صلابة من أكسيد الألومنيوم.
لوحة كربيد السيليكون
كيف يتم صنع كربيد السيليكون
كيفية صنع كربيد السيليكون? هناك طرق عديدة لتحضير كربيد السيليكون (كربيد كربيد). فيما يلي بعض عمليات الإنتاج الرئيسية:
- عملية أتشيسون:
- مواد خام: رمل الكوارتز (بشكل رئيسي ثاني أكسيد السيليكون, SiO₂), فحم الكوك (الكربون, ج) والملح.
- عملية: مزيج رمل الكوارتز وفحم الكوك, أضف كمية صغيرة من الملح (كتدفق), ثم الحرارة إلى حوالي 2000-2500 درجة مئوية في فرن كهربائي. يتم تشكيل التدرج في درجة الحرارة داخل الفرن الكهربائي, مع أعلى درجة حرارة في الوسط ودرجة حرارة أقل عند الحافة. في درجة حرارة عالية, يتفاعل SiO₂ الموجود في رمل الكوارتز مع C الموجود في فحم الكوك لتكوين SiC:
[
SiO₂ + 3C يمين السهم كربيد + 2ماذاأعلى
] - منتج: تكون حبيبات SiC التي تم الحصول عليها ذات أحجام مختلفة وتحتاج إلى مزيد من المعالجة.
- ترسيب البخار الكيميائي (الأمراض القلبية الوعائية):
- مصدر الغاز: استخدام الغازات مثل السيلان (سيه₄) والميثان (CH₄) كمتفاعلات.
- عملية: في درجة حرارة عالية (عادة 1000-1500 درجة مئوية) والضغط المنخفض, يتحلل الغاز عن طريق التفاعل الكيميائي, ويتم ترسيب ذرات Si وC على سطح الركيزة لتكوين طبقة أو طلاء SiC.
- طلب: تستخدم لتصنيع عالية النقاء, مواد SiC جيدة التنظيم, مثل أجهزة أشباه الموصلات.
- عملية سول جل:
- مواد خام: استخدام المحاليل العضوية التي تحتوي على السيليكون والكربون, مثل رباعي إيثوكسيسيلان (تيوس).
- عملية: قم بتكوين جسيمات أو أفلام SiC من خلال خطوات مثل التحلل المائي, التكثيف, التبلور والتلبيد.
- تلبيد الليزر:
- طريقة: استخدم الليزر لتسخين وتبريد مسحوق SiC بسرعة لتحقيق تلبيد سريع.
- طريقة الطور السائل:
- مواد خام: استخدام السلائف السائلة, مثل البولي كربوسيلان (أجهزة الكمبيوتر).
- عملية: يتم تسخين السلائف السائلة للبلمرة, crosslink, وتحويلها في النهاية إلى SiC.
- تلبيد رد الفعل:
- طريقة: يتم خلط مسحوق SiC مع السيليكون (و), وبعد عملية التلبيد, يتفاعل Si وC لتكوين SiC.
عمود كربيد السيليكون
في ماذا يستخدم كربيد السيليكون
1.كاشط
- ورق الصنفرة وأدوات الطحن: يستخدم كربيد السيليكون كمادة كاشطة بسبب صلابته العالية لصنع ورق الصنفرة, عجلات الطحن, طحن الحجارة, إلخ.
- تلميع: يستخدم لتلميع المعادن, زجاج, السيراميك وغيرها من المواد.
2.المواد المقاومة للحرارة
- بطانة الفرن: بسبب نقطة انصهاره العالية ومقاومته لدرجات الحرارة العالية, يستخدم كربيد السيليكون كمادة بطانة للأفران.
- ارتفاع درجة حرارة المواد الهيكلية: يمكن أن يحافظ كربيد السيليكون على قوته الميكانيكية في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة.
3. مواد أشباه الموصلات
- الأجهزة الإلكترونية: يتمتع كربيد السيليكون بخصائص كهربائية ممتازة ومناسب لتصنيع درجات الحرارة العالية, أجهزة أشباه الموصلات عالية التردد وعالية الطاقة مثل MOSFET, الثنائيات, المصابيح, إلخ.
- الأجهزة الضوئية: تستخدم لتصنيع الثنائيات الباعثة للضوء (المصابيح), الثنائيات الليزر, إلخ.
4. مواد السيراميك
- السيراميك الهيكلي: تستخدم لتصنيع المحامل, الأختام, أدوات القطع, مبادلات حرارية, إلخ.
- مواد مضادة للرصاص: يتمتع سيراميك كربيد السيليكون بصلابة عالية ومقاومة للصدمات ويستخدم في تصنيع السترات والدروع المضادة للرصاص.
5. طلاء مقاوم للاهتراء
- مواد الطلاء: يتم استخدام طلاءات كربيد السيليكون لتحسين مقاومة التآكل ومقاومة التآكل للمكونات, مثل شفرات التوربينات, قطع غيار السيارات, إلخ.
6. عناصر تسخين ذات درجة حرارة عالية
- عناصر التدفئة: يستخدم كربيد السيليكون كمادة عنصر تسخين بسبب الموصلية الحرارية العالية ومقاومته لدرجات الحرارة العالية.
كربيد السيليكون ترهل
7. الصناعة المعدنية
- فرن الصهر: تستخدم في صناعة مواد التبطين لأفران الصهر.
- قالب الصب: يستخدم كربيد السيليكون لصنع قوالب الصب.
8. المواد الكيميائية
- مادة التصفية: يتم استخدام عنصر مرشح السيراميك من كربيد السيليكون لترشيح الغاز بدرجة حرارة عالية.
- الناقل محفز: يتم استخدامه كمادة حاملة للمحفزات.
9. السيارات
- منصات الفرامل: يستخدم كربيد السيليكون لصنع منصات الفرامل عالية الأداء.
- أجزاء المحرك: مثل بطانات الاسطوانة, حلقات المكبس, إلخ.
10. بصريات
- العدسات والويندوز: كربيد السيليكون ينقل الضوء في التطبيقات البصرية بالأشعة تحت الحمراء.
11. الفضاء والطيران
- مكونات ذات درجة حرارة عالية: يستخدم كربيد السيليكون في صناعة مكونات المركبات الفضائية ومحركات الطيران نظرا لمقاومته لدرجات الحرارة المرتفعة والتآكل.
12. طاقة
- الخلايا الشمسية: يستخدم كربيد السيليكون كطبقة موصلة شفافة في الخلايا الشمسية.
- خلايا الوقود: كمادة القطب.
مجالات تطبيق كربيد السيليكون لا تزال تتوسع, ومع تطور التكنولوجيا, كما يتم استكشاف وتطوير مجالات التطبيق الجديدة.
شعاع كربيد السيليكون