A kiváló teljesítményszilícium-karbidkovalens kristályszerkezetéből fakad (a szilícium atomok szorosan kötődnek a szénatomokhoz, kötési energiája akár 432 kJ/mol). Alapvető előnyei a következők:
Ultra-nagy keménység és kopásállóság:A Mohs-keménysége 9,2-9,5, ami a gyémánt után második, és 2800-3300 HV mikrokeménysége, kopásállósága 10-20-szorosa a közönséges acélénak, így képes ellenállni az erős súrlódásnak és ütéseknek, így alkalmas kopásálló alkatrészek alkalmazására.
Kiváló magas hőmérsékleti{0}}stabilitás:Akár 2700 fokos olvadásponttal is stabil marad 1600 fok alatti levegőben, jelentős oxidációs deformáció nélkül; lineáris tágulási együtthatója mindössze 4,5 × 10⁻⁶/fok (20-1000 fok), jóval alacsonyabb, mint a fémes anyagoké, és kiváló méretstabilitást mutat magas hőmérsékleten.
Erős kémiai korrózióállóság:Szobahőmérsékleten nem lép reakcióba hagyományos korrozív közegekkel, például savakkal, lúgokkal és sókkal, csak enyhén reagál tömény salétromsav és hidrogén-fluorid keverékével magas hőmérsékleten, így alkalmas erősen korrozív vegyi környezetben.
Kiváló hővezető képesség és elektromos tulajdonságok:A szobahőmérsékletű hővezető képesség eléri a 120-200 W/(m·K), ami 3-5-szöröse a közönséges kerámiáénak és 4-6-szorosa az acélnak, ami kiemelkedő hőelvezetési hatékonyságot eredményez. Félvezető anyagként sávszélessége (3,26 eV) 3-szorosa a szilíciuménak, áttörési elektromos térerőssége pedig 10-szerese a szilíciuménak, így alkalmas nagyfeszültségű és nagyfrekvenciás elektronikai eszközökhöz.
Nagy mechanikai szilárdság és ütésállóság:A szobahőmérsékletű hajlítószilárdság eléri a 400-500 MPa-t, a törési szilárdság pedig 3-5 MPa·m¹/², ami erősebb ütésállóságot és kisebb ridegséget mutat, mint a hagyományos kerámia anyagok.
A SiC anyagok fő típusai (osztályozási méretek szerint felosztva)
(1) Szín és tisztaság szerinti osztályozás (leggyakrabban az iparban használatos)
| Írja be | Alapkomponens (SiC tisztaságú) | Főbb jellemzők | Tipikus alkalmazási forgatókönyvek |
| Fekete szilícium-karbid | 95%-97% | Nagy szívósság, mérsékelt költség | Alacsony szakítószilárdságú anyagok (üveg, kerámia, kő, öntöttvas) feldolgozására, csiszolókorongok és homokfúvás csiszolóanyagok gyártására használják. |
| Zöld szilícium-karbid | 97%-nál nagyobb vagy egyenlő (nagy tisztaság 99%-ig) | Nagyobb keménység, jobb{0}}önélező tulajdonságok | Nagy{0}}keménységű anyagok (keményötvözetek, titánötvözetek, gyorsacél{1}}) megmunkálásához és precíziós csiszoláshoz (csapágy ultra-precíziós megmunkálása, optikai üvegpolírozás) |
(2) Osztályozás kristályszerkezet szerint (meghatározza a teljesítménybeli különbségeket)
-SiC (hatszögletű kristály):
Magas-hőmérsékletű stabil fázis (1400 fok felett stabil), az ipari szilícium-szénötvözet fő formája, nagy keménységgel és magas hőmérsékleti szilárdsággal rendelkezik, alkalmas szerkezeti anyagokhoz és magas hőmérsékletű komponensekhez (például kemencebélésekhez, rakétafúvókákhoz);
-SiC (köbös kristály):
Alacsony-hőmérsékletű fázis (1400 fok alatt stabil), speciális eljárásokkal szintetizálva, egyenletes kristályszerkezettel és kiváló félvezető teljesítménnyel, alkalmas elektronikus eszközökhöz és harmadik -generációs félvezető chip-hordozókhoz;
-SiC (köbös kristály):
Ritka, alacsony hőmérsékletű -hőmérsékletű változat, amely rendkívül nagy tisztaságot igényel, főként tudományos kutatásokban és csúcskategóriás{1}}elektronikai területeken használatos.
(3) Termékforma szerinti osztályozás (különböző alkalmazási forgatókönyvekhez igazítva)
Por:
100-3000 mesh méretű, csiszolóanyagokban, kerámia alapanyagokban, illkohászati deoxidálószerek;
Blokkok/Tányérok:
Használható kemencebélésekben, támasztékokban és magas hőmérsékletű szerkezeti elemekben-;
Kerámia termékek:
Öntött alkatrészek, például tömítőgyűrűk, csapágyak és hőelemvédő csövek;
Félvezető lapkák:
Nagy-tisztaságú -SiC egykristályos lapkák, teljesítmény- és rádiófrekvenciás eszközök gyártásához.
Szilícium-karbid anyagok tipikus alkalmazási forgatókönyvei (ipar szerinti bontásban)
(1) Gép- és csiszolóipar
A nagy keménységet és kopásállóságot kihasználva csiszolókorongok, vágókorongok és homokfúvó csiszolóanyagok gyártására használják fémek, kő és üveg megmunkálásához;
Kopásálló{0}}kerámia tömítőgyűrűk és csapágyak gyártása, amelyek alkalmasak forgó gépekhez, például vízszivattyúkhoz és szelepekhez, élettartamuk 5-10-szerese a fémtömítések élettartamának.
(2) Kohászat és{1}}magas hőmérsékletű ipar
Magas{0}}hőmérsékletű komponensekként, mint például kemencebélések, olvasztótégelyek és tálcák, alkalmas 1600 fok alatti magas-hőmérsékletű forgatókönyvekre, mint például a nem-vasfémek olvasztására és a félvezető anyagok szintézisére;
Alumínium elektrolizáló cellákban és cinkporos kemence ívlemezeiben használják, mivel magas{0}}hőmérséklet- és korrózióállóságát kihasználva meghosszabbítja a berendezés élettartamát.
(3) Elektronikai és félvezetőipar
A nagy-tisztaságú -SiC szeleteket nagy-feszültségű áramellátó eszközök (például új energiahordozó inverterek és fotovoltaikus inverterek) gyártására használják, csökkentve az energiafogyasztást és növelve az energiasűrűséget;
Rádiófrekvenciás eszközök szubsztrátumaként alkalmas nagy{0}}frekvenciás forgatókönyvekre, például 5G kommunikációra és műholdas kommunikációra.
(4) Repüléstechnika és csúcsminőségű{1}}gyártás
Magas{0}}hőmérsékletű alkatrészek, például rakétafúvókák és gázturbina-lapátok gyártása, amelyek ellenállnak a 2000 fok feletti szélsőséges hőmérsékleteknek és a légáramlás hatásainak;
Légimotorok magas-hőmérsékletű bevonataiban-használják, javítva az alkatrészek magas-hőmérsékletű oxidáció- és kopásállóságát.
(5) Vegyipar
Erős savak, erős lúgok és magas hőmérsékletű közegek szállítására és reagáltatására alkalmas{0}}korrózióálló csövek, szelepek és hőcserélők gyártása;
Katalizátor hordozóként, nagy fajlagos felületét és kémiai stabilitását kihasználva javítja a katalitikus reakció hatékonyságát.
Kiválasztási alapelvek a különböző típusú szilícium-karbidokhoz
Kiválasztás a "keménységi követelmények" alapján:
Válassza kizöld szilícium-karbidnagy{0}}keménységű anyagok feldolgozásához ésfekete szilícium-karbidáltalános feldolgozásra;
Kiválasztás "hőmérséklet-forgatókönyvek" alapján:
Válassza a -SiC-ot a magas-hőmérsékletű szerkezeti részek esetén 1400 fok felett, és a -SiC-ot az elektronikus eszközökhöz;
Kiválasztás "morfológiai követelmények" alapján:
Válasszon porformát csiszolóanyagokhoz és oxidálószerekhez, blokk/lemez formát szerkezeti részekhez és kerámiatermékeket precíziós alkatrészekhez.
