Węglik krzemu, znany również jako karborund, jest związkiem krzemowo-węglowym. Ten związek chemiczny jest składnikiem mineralnego moissanitu. Naturalnie występująca postać węglika krzemu nosi imię dr Ferdinanda Henriego Moissana, francuskiego farmaceuty. Moissanit zwykle występuje w niewielkich ilościach w meteorytach, kimberlicie i korundie. W ten sposób powstaje większość komercyjnego węglika krzemu. Chociaż naturalnie występujący węglik krzemu jest trudny do znalezienia na Ziemi, występuje on obficie w kosmosie.

Odmiany węglika krzemu

Produkty z węglika krzemu są wytwarzane w czterech formach do użytku w komercyjnych zastosowaniach inżynieryjnych. Obejmują one

spiekany węglik krzemu (SSiC)

Węglik krzemu związany reakcją (RBSiC lub SiSiC)

Węglik krzemu związany azotkiem (NSiC)

Rekrystalizowany węglik krzemu (RSiC)

Inne odmiany spoiwa obejmują węglik krzemu związany SIALON. Istnieje również CVD Silicon Carbide (CVD-SiC), który jest niezwykle czystą formą związku wytwarzanego przez chemiczne osadzanie z fazy gazowej.

W celu spiekania węglika krzemu konieczne jest dodanie środków wspomagających spiekanie, które pomagają utworzyć fazę ciekłą w temperaturze spiekania, umożliwiając związanie się ziaren węglika krzemu.

Kluczowe właściwości węglika krzemu

Wysoka przewodność cieplna i niski współczynnik rozszerzalności cieplnej. Ta kombinacja właściwości zapewnia wyjątkową odporność na szok termiczny, dzięki czemu ceramika z węglika krzemu jest przydatna w wielu gałęziach przemysłu. Jest również półprzewodnikiem, a jego właściwości elektryczne sprawiają, że nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań. Jest również znany ze swojej ekstremalnej twardości i odporności na korozję.

Zastosowania węglika krzemu

Węglik krzemu może być stosowany w wielu gałęziach przemysłu.

Jego twardość fizyczna sprawia, że ​​nadaje się do procesów obróbki ściernej, takich jak szlifowanie, honowanie, piaskowanie i cięcie strumieniem wody.

Zdolność węglika krzemu do wytrzymywania ekstremalnie wysokich temperatur bez pękania lub deformacji jest wykorzystywana do produkcji ceramicznych tarcz hamulcowych do samochodów sportowych. Jest również stosowany jako materiał opancerzenia w kamizelkach kuloodpornych oraz jako materiał na pierścienie uszczelniające do uszczelnień wału pompy, gdzie często pracuje z dużymi prędkościami w kontakcie z uszczelnieniem z węglika krzemu. Wysoka przewodność cieplna węglika krzemu, która jest w stanie rozproszyć ciepło tarcia generowane przez tarcie, jest znaczącą zaletą w tych zastosowaniach.

Ze względu na dużą twardość powierzchni materiału jest on stosowany w wielu zastosowaniach inżynierskich, gdzie wymagany jest wysoki poziom odporności na zużycie ślizgowe, erozyjne i korozyjne. Zwykle dotyczy to elementów stosowanych w pompach lub zaworach w zastosowaniach na polach naftowych, gdzie konwencjonalne elementy metalowe wykazywałyby nadmierne zużycie prowadzące do szybkiej awarii.

Wyjątkowe właściwości elektryczne związku jako półprzewodnika sprawiają, że idealnie nadaje się do produkcji ultraszybkich i wysokonapięciowych diod elektroluminescencyjnych, tranzystorów MOSFET i tyrystorów do przełączania dużej mocy.

Jego niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, twardość, sztywność i przewodność cieplna sprawiają, że idealnie nadaje się do zwierciadeł teleskopów astronomicznych. Pirometria cienkich włókien to technika optyczna wykorzystująca włókna z węglika krzemu do pomiaru temperatury gazów.

Jest również stosowany w elementach grzejnych, które muszą wytrzymać ekstremalnie wysokie temperatury. Jest również używany do zapewnienia wsparcia strukturalnego w wysokotemperaturowych reaktorach jądrowych chłodzonych gazem.