De unieke eigenschappen en toepassingsmogelijkheden van groen siliciumcarbide-micropoeder worden onthuld
In de huidige hightechmaterialensector staat micropoeder van groen siliciumcarbide geleidelijk aan in de belangstelling van de materiaalkundige gemeenschap vanwege zijn unieke fysische en chemische eigenschappen. Deze verbinding, bestaande uit koolstof- en siliciumelementen, heeft brede toepassingsmogelijkheden in vele industriële sectoren dankzij zijn speciale kristalstructuur en uitstekende prestaties. Dit artikel gaat dieper in op de unieke eigenschappen van micropoeder van groen siliciumcarbide en de toepassingsmogelijkheden ervan in diverse sectoren.
1. Basiskenmerken van groen siliciumcarbide-micropoeder
Groen siliciumcarbide (SiC) is een synthetisch superhard materiaal en behoort tot een covalente binding. De kristalstructuur vertoont een hexagonaal systeem met een diamantachtige structuur. Groen siliciumcarbide micropoeder verwijst doorgaans naar poedervormige producten met een deeltjesgrootte van 0,1-100 micron. De kleur varieert van lichtgroen tot donkergroen, afhankelijk van de zuiverheid en het gehalte aan onzuiverheden.
Vanuit de microscopische structuur vormt elk siliciumatoom in het groene siliciumcarbidekristal een tetraëdrische coördinatie met vier koolstofatomen. Deze sterke covalente bindingsstructuur geeft het materiaal een extreem hoge hardheid en chemische stabiliteit. Het is vermeldenswaard dat de Mohs-hardheid van groen siliciumcarbide 9,2-9,3 bereikt, na diamant en kubisch boornitride, wat het onvervangbaar maakt op het gebied van schuurmiddelen.
2. Unieke eigenschappen van groen siliciumcarbide micropoeder
1. Uitstekende mechanische eigenschappen
De meest opvallende eigenschap van groen siliciumcarbide micropoeder is de extreem hoge hardheid. De Vickers-hardheid kan oplopen tot 2800-3300 kg/mm², waardoor het uitstekend presteert bij de verwerking van harde materialen. Tegelijkertijd heeft groen siliciumcarbide ook een goede druksterkte en behoudt het een hoge mechanische sterkte bij hoge temperaturen. Deze eigenschap maakt het mogelijk om het in extreme omgevingen te gebruiken.
2. Uitstekende thermische eigenschappen
De thermische geleidbaarheid van groen siliciumcarbide bedraagt maar liefst 120-200 W/(m·K), wat 3-5 keer zo hoog is als die van gewoon staal. Deze uitstekende thermische geleidbaarheid maakt het een ideaal materiaal voor warmteafvoer. Nog verbazingwekkender is dat de thermische uitzettingscoëfficiënt van groen siliciumcarbide slechts 4,0 × 10⁻⁶/℃ bedraagt, wat betekent dat het een uitstekende maatvastheid heeft bij temperatuurveranderingen en geen duidelijke vervorming door thermische uitzetting en krimp veroorzaakt.
3. Uitstekende chemische stabiliteit
Qua chemische eigenschappen vertoont groen siliciumcarbide een extreem hoge inertheid. Het is bestand tegen de corrosie van de meeste zuren, logen en zoutoplossingen en blijft stabiel, zelfs bij hoge temperaturen. Experimenten tonen aan dat groen siliciumcarbide nog steeds een goede stabiliteit behoudt in een oxiderende omgeving onder de 1000 °C, waardoor het geschikt is voor langdurig gebruik in corrosieve omgevingen.
4. Speciale elektrische eigenschappen
Groen siliciumcarbide is een halfgeleidermateriaal met een brede bandgap van 3,0 eV, wat veel groter is dan de 1,1 eV van silicium. Deze eigenschap maakt het bestand tegen hogere spanningen en temperaturen en biedt unieke voordelen op het gebied van vermogenselektronica. Bovendien heeft groen siliciumcarbide een hoge elektronenmobiliteit, waardoor het mogelijk is om hoogfrequente apparaten te ontwikkelen.
3. Bereidingsproces van groen siliciumcarbide-micropoeder
De bereiding van micropoeder van groen siliciumcarbide gebeurt voornamelijk volgens het Acheson-proces. Deze methode mengt kwartszand en petroleumcokes in een bepaalde verhouding en verhit deze in een weerstandsoven tot 2000-2500 °C voor de reactie. Het blokvormige groene siliciumcarbide dat door de reactie ontstaat, ondergaat processen zoals breken, sorteren en beitsen om uiteindelijk micropoederproducten met verschillende deeltjesgroottes te verkrijgen.
De afgelopen jaren zijn er, dankzij de technologische vooruitgang, enkele nieuwe bereidingsmethoden ontstaan. Chemische dampdepositie (CVD) kan zeer zuiver nanoschaalgroen siliciumcarbidepoeder produceren; de sol-gelmethode kan de deeltjesgrootte en morfologie van het poeder nauwkeurig regelen; de plasmamethode kan continue productie bereiken en de productie-efficiëntie verbeteren. Deze nieuwe processen bieden meer mogelijkheden voor prestatieoptimalisatie en uitbreiding van de toepassing van groen siliciumcarbidemicropoeder.
4. Belangrijkste toepassingsgebieden van groene siliciumcarbide-micropoeder
1. Precisie slijpen en polijsten
Als superhard schuurmiddel wordt groen siliciumcarbide-micropoeder veel gebruikt bij de precisiebewerking van hardmetaal, keramiek, glas en andere materialen. In de halfgeleiderindustrie wordt hoogzuiver groen siliciumcarbidepoeder gebruikt voor het polijsten van siliciumwafers. De snijprestaties zijn beter dan die van traditionele aluminiumoxide-schuurmiddelen. In de optische componentbewerking kan groen siliciumcarbidepoeder een oppervlakteruwheid op nanoschaal bereiken en voldoen aan de verwerkingsvereisten van zeer nauwkeurige optische componenten.
2. Geavanceerde keramische materialen
Groen siliciumcarbidepoeder is een belangrijke grondstof voor de productie van hoogwaardige keramiek. Structurele keramiek met uitstekende mechanische eigenschappen en thermische stabiliteit kan worden geproduceerd door middel van warmpers- of reactie-sinterprocessen. Dit type keramiek wordt veel gebruikt in belangrijke componenten zoals mechanische afdichtingen, lagers en spuitmonden, vooral onder zware werkomstandigheden zoals hoge temperaturen en corrosie.
3. Elektronica en halfgeleiderapparaten
In de elektronica wordt groen siliciumcarbidepoeder gebruikt om halfgeleidermaterialen met een brede bandgap te produceren. Vermogenscomponenten op basis van groen siliciumcarbide hebben hoge frequentie-, hoge spannings- en hoge temperatuureigenschappen en tonen een groot potentieel in nieuwe energievoertuigen, slimme netwerken en andere sectoren. Studies hebben aangetoond dat vermogenscomponenten op basis van groen siliciumcarbide het energieverlies met meer dan 50% kunnen verminderen in vergelijking met traditionele siliciumcomponenten.
4. Samengestelde wapening
Het toevoegen van groen siliciumcarbidepoeder als versterkingsfase aan een metaal- of polymeermatrix kan de sterkte, hardheid en slijtvastheid van het composietmateriaal aanzienlijk verbeteren. In de lucht- en ruimtevaart worden siliciumcarbidecomposieten op basis van aluminium gebruikt voor de productie van lichtgewicht en zeer sterke constructiedelen; in de auto-industrie vertonen met siliciumcarbide versterkte remblokken een uitstekende hogetemperatuurbestendigheid.
5. Vuurvaste materialen en coatings
Dankzij de hoge temperatuurstabiliteit van groen siliciumcarbide kunnen hoogwaardige vuurvaste materialen worden bereid. In de staalindustrie worden vuurvaste stenen van siliciumcarbide veel gebruikt in apparatuur met hoge temperaturen, zoals hoogovens en converters. Bovendien kunnen siliciumcarbidecoatings uitstekende bescherming bieden tegen slijtage en corrosie van het basismateriaal en worden ze gebruikt in chemische apparatuur, turbinebladen en andere toepassingen.