Dezvăluirea proprietăților unice și a perspectivelor de aplicare ale micropulberii de carbură de siliciu verde
În domeniul materialelor de înaltă tehnologie de astăzi, micropulberea verde de carbură de siliciu devine treptat centrul atenției în comunitatea științei materialelor datorită proprietăților sale fizice și chimice unice. Acest compus alcătuit din elemente de carbon și siliciu a demonstrat perspective largi de aplicare în multe domenii industriale datorită structurii sale cristaline speciale și performanțelor excelente. Acest articol va explora în profunzime proprietățile unice ale micropulberii verzi de carbură de siliciu și potențialul său de aplicare în diverse domenii.
1. Caracteristicile de bază ale micropulberii de carbură de siliciu verde
Carbura de siliciu verde (SiC) este un material sintetic superdur și aparține unui compus cu legături covalente. Structura sa cristalină prezintă un sistem hexagonal cu un aranjament asemănător diamantului. Micropulberea de carbură de siliciu verde se referă de obicei la produse sub formă de pulbere cu o dimensiune a particulelor cuprinsă între 0,1 și 100 microni, iar culoarea sa prezintă o varietate de tonuri de la verde deschis la verde închis, datorită purității și conținutului diferit de impurități.
Conform structurii microscopice, fiecare atom de siliciu din cristalul de carbură de siliciu verde formează o coordonare tetraedrică cu patru atomi de carbon. Această structură puternică de legătură covalentă conferă materialului o duritate și o stabilitate chimică extrem de ridicate. Este demn de remarcat faptul că duritatea Mohs a carburii de siliciu verde atinge 9,2-9,3, fiind a doua după diamant și nitrura de bor cubică, ceea ce o face de neînlocuit în domeniul abrazivilor.
2. Proprietăți unice ale micropulberii de carbură de siliciu verde
1. Proprietăți mecanice excelente
Cea mai notabilă caracteristică a micropulberii de carbură de siliciu verde este duritatea sa extrem de ridicată. Duritatea Vickers poate ajunge la 2800-3300 kg/mm², ceea ce îi conferă performanțe bune la prelucrarea materialelor dure. În același timp, carbura de siliciu verde are și o rezistență bună la compresiune și poate menține o rezistență mecanică ridicată la temperaturi ridicate. Această caracteristică face posibilă utilizarea sa în medii extreme.
2. Proprietăți termice excelente
Conductivitatea termică a carburii de siliciu verzi este de până la 120-200W/(m·K), ceea ce este de 3-5 ori mai mare decât cea a oțelului obișnuit. Această conductivitate termică excelentă o face un material ideal pentru disiparea căldurii. Și mai uimitor este faptul că carbura de siliciu verde are un coeficient de dilatare termică de numai 4,0×10⁻⁶/℃, ceea ce înseamnă că are o stabilitate dimensională excelentă la schimbările de temperatură și nu va produce deformări evidente din cauza dilatării și contracției termice.
3. Stabilitate chimică remarcabilă
În ceea ce privește proprietățile chimice, carbura de siliciu verde prezintă o inerție extrem de puternică. Poate rezista la coroziunea majorității acizilor, alcalilor și soluțiilor saline și poate rămâne stabilă chiar și la temperaturi ridicate. Experimentele arată că carbura de siliciu verde își poate menține o bună stabilitate într-un mediu oxidant sub 1000℃, ceea ce o face potențială pentru utilizare pe termen lung în medii corozive.
4. Proprietăți electrice speciale
Carbura de siliciu verde este un material semiconductor cu bandă interzisă largă, cu o lățime a benzii interzise de 3,0 eV, mult mai mare decât cea de 1,1 eV a siliciului. Această caracteristică îi permite să reziste la tensiuni și temperaturi mai ridicate și are avantaje unice în domeniul dispozitivelor electronice de putere. În plus, carbura de siliciu verde are și o mobilitate ridicată a electronilor, ceea ce face posibilă dezvoltarea de dispozitive de înaltă frecvență.
3. Procesul de preparare a micropulberii de carbură de siliciu verde
Prepararea micropulberii de carbură de siliciu verde utilizează în principal procedeul Acheson. Această metodă amestecă nisip cuarțos și cocs de petrol într-o anumită proporție și le încălzește la 2000-2500 ℃ într-un cuptor cu rezistență pentru reacție. Carbura de siliciu verde, în formă de bloc, generată prin reacție, este supusă unor procese precum concasare, sortare și decapare pentru a obține în final produse micropulbere cu diferite dimensiuni ale particulelor.
În ultimii ani, odată cu avansarea tehnologiei, au apărut noi metode de preparare. Depunerea chimică din vapori (CVD) poate prepara pulbere verde de carbură de siliciu la scară nanometrică de înaltă puritate; metoda sol-gel poate controla cu precizie dimensiunea particulelor și morfologia pulberii; metoda cu plasmă poate realiza o producție continuă și poate îmbunătăți eficiența producției. Aceste noi procese oferă mai multe posibilități pentru optimizarea performanței și extinderea aplicațiilor micropulberii verzi de carbură de siliciu.
4. Principalele domenii de aplicare ale micropulberii de carbură de siliciu verde
1. Șlefuire și lustruire de precizie
Ca abraziv superdur, micropulberea de carbură de siliciu verde este utilizată pe scară largă în prelucrarea de precizie a carburii cimentate, ceramicii, sticlei și a altor materiale. În industria semiconductorilor, pulberea de carbură de siliciu verde de înaltă puritate este utilizată pentru lustruirea napolitanelor de siliciu, iar performanța sa de tăiere este mai bună decât cea a abrazivilor tradiționali din alumină. În domeniul prelucrării componentelor optice, pulberea de carbură de siliciu verde poate obține o rugozitate a suprafeței la scară nanometrică și poate îndeplini cerințele de prelucrare ale componentelor optice de înaltă precizie.
2. Materiale ceramice avansate
Pulberea verde de carbură de siliciu este o materie primă importantă pentru prepararea ceramicii de înaltă performanță. Ceramica structurală cu proprietăți mecanice excelente și stabilitate termică poate fi obținută prin procese de sinterizare prin presare la cald sau sinterizare prin reacție. Acest tip de material ceramic este utilizat pe scară largă în componente cheie, cum ar fi etanșările mecanice, rulmenții și duzele, în special în condiții dure de lucru, cum ar fi temperaturile ridicate și coroziunea.
3. Dispozitive electronice și semiconductoare
În domeniul electronicii, pulberea de carbură de siliciu verde este utilizată pentru a prepara materiale semiconductoare cu bandă interzisă largă. Dispozitivele de alimentare bazate pe carbură de siliciu verde au caracteristici de funcționare la frecvență înaltă, tensiune înaltă și temperatură înaltă și prezintă un mare potențial în vehiculele energetice noi, rețelele inteligente și alte domenii. Studiile au arătat că dispozitivele de alimentare cu carbură de siliciu verde pot reduce pierderile de energie cu peste 50% în comparație cu dispozitivele tradiționale pe bază de siliciu.
4. Armare compozită
Adăugarea de pulbere de carbură de siliciu verde ca fază de armare la o matrice metalică sau polimerică poate îmbunătăți semnificativ rezistența, duritatea și rezistența la uzură a materialului compozit. În domeniul aerospațial, compozitele de carbură de siliciu pe bază de aluminiu sunt utilizate pentru fabricarea de piese structurale ușoare și de înaltă rezistență; în industria auto, plăcuțele de frână armate cu carbură de siliciu prezintă o rezistență excelentă la temperaturi ridicate.
5. Materiale și acoperiri refractare
Utilizând stabilitatea la temperaturi ridicate a carburii de siliciu verzi, se pot prepara materiale refractare de înaltă performanță. În industria topirii oțelului, cărămizile refractare din carbură de siliciu sunt utilizate pe scară largă în echipamente pentru temperaturi înalte, cum ar fi furnalele și convertizoarele. În plus, acoperirile din carbură de siliciu pot oferi o protecție excelentă împotriva uzurii și coroziunii pentru materialul de bază și sunt utilizate în echipamente chimice, pale de turbină și alte domenii.