Откривање јединствених својстава и могућности примене зеленог микропраха силицијум карбида
У данашњој области високотехнолошких материјала, зелени микропрах силицијум карбида постепено постаје центар пажње у заједници науке о материјалима због својих јединствених физичких и хемијских својстава. Ово једињење састављено од угљеничних и силицијумских елемената показало је широке могућности примене у многим индустријским областима захваљујући својој посебној кристалној структури и одличним перформансама. Овај чланак ће детаљно истражити јединствена својства зеленог микропраха силицијум карбида и његов потенцијал примене у различитим областима.
1. Основне карактеристике зеленог микропраха силицијум карбида
Зелени силицијум карбид (SiC) је синтетички супертврди материјал и припада једињењима са ковалентном везом. Његова кристална структура представља хексагонални систем са распоредом сличним дијаманту. Микропрах зеленог силицијум карбида се обично односи на прашкасте производе са величином честица у распону од 0,1-100 микрона, а његова боја представља различите тонове од светло зелене до тамно зелене због различите чистоће и садржаја нечистоћа.
Судећи по микроскопској структури, сваки атом силицијума у зеленом кристалу силицијум карбида формира тетраедарску координацију са четири атома угљеника. Ова јака ковалентна структура везе даје материјалу изузетно високу тврдоћу и хемијску стабилност. Вреди напоменути да Мосова тврдоћа зеленог силицијум карбида достиже 9,2-9,3, одмах после дијаманта и кубног боровог нитрида, што га чини незаменљивим у области абразива.
2. Јединствена својства зеленог микропраха силицијум карбида
1. Одлична механичка својства
Најзначајнија карактеристика зеленог микропраха силицијум карбида је његова изузетно висока тврдоћа. Његова тврдоћа по Викерсу може достићи 2800-3300 кг/мм², што га чини добрим за обраду тврдих материјала. Истовремено, зелени силицијум карбид такође има добру чврстоћу на притисак и може да одржи високу механичку чврстоћу на високим температурама. Ова карактеристика омогућава његову употребу у екстремним условима.
2. Одлична термичка својства
Топлотна проводљивост зеленог силицијум карбида је чак 120-200 W/(m·K), што је 3-5 пута већа од обичног челика. Ова одлична топлотна проводљивост чини га идеалним материјалом за одвођење топлоте. Још невероватније је то што је коефицијент термичког ширења зеленог силицијум карбида само 4,0 × 10⁻⁶/℃, што значи да има одличну димензионалну стабилност када се температура промени и неће изазвати очигледне деформације услед термичког ширења и скупљања.
3. Изузетна хемијска стабилност
Што се тиче хемијских својстава, зелени силицијум карбид показује изузетно јаку инертност. Може да одоли корозији већине киселина, алкалија и раствора соли и може да остане стабилан чак и на високим температурама. Експерименти показују да зелени силицијум карбид и даље може да одржи добру стабилност у оксидујућем окружењу испод 1000℃, што га чини потенцијалним за дугорочну употребу у корозивним срединама.
4. Посебна електрична својства
Зелени силицијум карбид је полупроводнички материјал са широким енергетским процепом од 3,0 eV, што је много веће од 1,1 eV код силицијума. Ова карактеристика му омогућава да издржи веће напоне и температуре и има јединствене предности у области енергетске електронике. Поред тога, зелени силицијум карбид такође има високу мобилност електрона, што омогућава развој високофреквентних уређаја.
3. Процес припреме зеленог микропраха силицијум карбида
Припрема зеленог микропраха силицијум карбида углавном се врши Ачесоновим поступком. Овај метод меша кварцни песак и петролни кокс у одређеној пропорцији и загрева их на 2000-2500℃ у отпорној пећи ради реакције. Блокасти зелени силицијум карбид генерисан реакцијом подлеже процесима као што су дробљење, сортирање и кисељење да би се коначно добили производи микропраха различитих величина честица.
Последњих година, са напретком технологије, појавиле су се неке нове методе припреме. Хемијско таложење из парне фазе (CVD) може да припреми високочисти наноразмерни зелени силицијум карбидни прах; сол-гел метода може прецизно да контролише величину честица и морфологију праха; плазма метода може да постигне континуирану производњу и побољша ефикасност производње. Ови нови процеси пружају више могућности за оптимизацију перформанси и проширење примене зеленог микропраха силицијум карбида.
4. Главна подручја примене зеленог микропраха силицијум карбида
1. Прецизно брушење и полирање
Као супертврди абразив, зелени силицијум карбидни микропрах се широко користи у прецизној обради цементираног карбида, керамике, стакла и других материјала. У полупроводничкој индустрији, високочисти зелени силицијум карбидни прах се користи за полирање силицијумских плочица, а његове перформансе сечења су боље од традиционалних абразива од алуминијума. У области обраде оптичких компоненти, зелени силицијум карбидни прах може постићи наноразмерну храпавост површине и испунити захтеве обраде високопрецизних оптичких компоненти.
2. Напредни керамички материјали
Зелени силицијум карбидни прах је важна сировина за припрему високоперформансне керамике. Структурна керамика са одличним механичким својствима и термичком стабилношћу може се направити поступцима врућег пресовања, синтеровања или реакционог синтеровања. Ова врста керамичког материјала се широко користи у кључним компонентама као што су механички заптивке, лежајеви и млазнице, посебно у тешким радним условима као што су висока температура и корозија.
3. Електроника и полупроводнички уређаји
У области електронике, зелени силицијум карбидни прах се користи за припрему полупроводничких материјала са широким енергетским процепом. Енергетски уређаји засновани на зеленом силицијум карбиду имају радне карактеристике високе фреквенције, високог напона и високе температуре и показују велики потенцијал у возилима са новом енергијом, паметним мрежама и другим областима. Студије су показале да зелени силицијум карбидни енергетски уређаји могу смањити губитак енергије за више од 50% у поређењу са традиционалним уређајима на бази силицијума.
4. Композитна арматура
Додавање зеленог силицијум карбидног праха као фазе за ојачање металној или полимерној матрици може значајно побољшати чврстоћу, тврдоћу и отпорност на хабање композитног материјала. У ваздухопловној области, силицијум карбидни композити на бази алуминијума користе се за производњу лаких и високочврстих структурних делова; у аутомобилској индустрији, кочионе плочице ојачане силицијум карбидом показују одличну отпорност на високе температуре.
5. Ватростални материјали и премази
Користећи стабилност зеленог силицијум карбида на високим температурама, могу се припремити високо ефикасни ватростални материјали. У индустрији топљења челика, ватросталне опеке од силицијум карбида се широко користе у опреми која ради на високим температурама, као што су високе пећи и конвертори. Поред тога, премази од силицијум карбида могу пружити одличну заштиту од хабања и корозије за основни материјал и користе се у хемијској опреми, лопатицама турбина и другим областима.