Zaļā silīcija karbīda mikropulvera unikālo īpašību un pielietojuma perspektīvu atklāšana
Mūsdienu augsto tehnoloģiju materiālu jomā zaļais silīcija karbīda mikropulveris pakāpeniski kļūst par materiālzinātņu uzmanības centru, pateicoties tā unikālajām fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām. Šis savienojums, kas sastāv no oglekļa un silīcija elementiem, ir parādījis plašas pielietojuma iespējas daudzās rūpniecības jomās, pateicoties tā īpašajai kristāliskajai struktūrai un lieliskajām īpašībām. Šajā rakstā tiks padziļināti izpētītas zaļā silīcija karbīda mikropulvera unikālās īpašības un tā pielietojuma potenciāls dažādās jomās.
1. Zaļā silīcija karbīda mikropulvera pamatīpašības
Zaļais silīcija karbīds (SiC) ir sintētisks superciets materiāls, kas pieder pie kovalentās saites savienojumiem. Tā kristāliskā struktūra ir sešstūraina sistēma ar dimantam līdzīgu izkārtojumu. Zaļā silīcija karbīda mikropulveris parasti attiecas uz pulverveida produktiem ar daļiņu izmēru diapazonā no 0,1 līdz 100 mikroniem, un tā krāsa ir dažādos toņos no gaiši zaļas līdz tumši zaļai, pateicoties atšķirīgajai tīrības pakāpei un piemaisījumu saturam.
No mikroskopiskās struktūras katrs silīcija atoms zaļajā silīcija karbīda kristālā veido tetraedrisku koordināciju ar četriem oglekļa atomiem. Šī spēcīgā kovalentā saite piešķir materiālam ārkārtīgi augstu cietību un ķīmisko stabilitāti. Jāatzīmē, ka zaļā silīcija karbīda Mosa cietība sasniedz 9,2–9,3, otrajā vietā aiz dimanta un kubiskā bora nitrīda, kas padara to neaizstājamu abrazīvu jomā.
2. Zaļā silīcija karbīda mikropulvera unikālās īpašības
1. Lieliskas mehāniskās īpašības
Zaļā silīcija karbīda mikropulvera ievērojamākā īpašība ir tā ārkārtīgi augstā cietība. Tā Vikersa cietība var sasniegt 2800–3300 kg/mm², kas ļauj tam labi darboties, apstrādājot cietus materiālus. Vienlaikus zaļajam silīcija karbīdam ir arī laba spiedes izturība, un tas joprojām var saglabāt augstu mehānisko izturību augstās temperatūrās. Šī īpašība ļauj to izmantot ekstremālos apstākļos.
2. Lieliskas termiskās īpašības
Zaļā silīcija karbīda siltumvadītspēja ir pat 120–200 W/(m·K), kas ir 3–5 reizes vairāk nekā parastajam tēraudam. Šī lieliskā siltumvadītspēja padara to par ideālu siltuma izkliedes materiālu. Vēl pārsteidzošāk ir tas, ka zaļā silīcija karbīda termiskās izplešanās koeficients ir tikai 4,0 × 10⁻⁶/℃, kas nozīmē, ka tam ir lieliska izmēru stabilitāte temperatūras izmaiņu laikā un tas neradīs acīmredzamu deformāciju termiskās izplešanās un saraušanās dēļ.
3. Izcila ķīmiskā stabilitāte
Runājot par ķīmiskajām īpašībām, zaļajam silīcija karbīdam ir ārkārtīgi spēcīga inerce. Tas var izturēt vairuma skābju, sārmu un sāls šķīdumu koroziju un saglabāt stabilitāti pat augstā temperatūrā. Eksperimenti liecina, ka zaļais silīcija karbīds joprojām var saglabāt labu stabilitāti oksidējošā vidē zem 1000 ℃, kas padara to potenciālu ilgstošai lietošanai korozīvā vidē.
4. Īpašas elektriskās īpašības
Zaļais silīcija karbīds ir platjoslas pusvadītāju materiāls ar joslas platumu 3,0 eV, kas ir daudz lielāks nekā silīcija 1,1 eV. Šī īpašība ļauj tam izturēt augstāku spriegumu un temperatūru, un tam ir unikālas priekšrocības jaudas elektronisko ierīču jomā. Turklāt zaļajam silīcija karbīdam ir arī augsta elektronu mobilitāte, kas ļauj izstrādāt augstfrekvences ierīces.
3. Zaļā silīcija karbīda mikropulvera sagatavošanas process
Zaļā silīcija karbīda mikropulvera pagatavošanā galvenokārt tiek izmantots Ašesona process. Šī metode noteiktā proporcijā sajauc kvarca smiltis un naftas koksu un uzkarsē tās pretestības krāsnī līdz 2000–2500 ℃ reakcijai. Reakcijas rezultātā iegūtais zaļā silīcija karbīda blokveida materiāls tiek pakļauts tādiem procesiem kā sasmalcināšana, šķirošana un kodināšana, lai galu galā iegūtu dažāda izmēra mikropulvera produktus.
Pēdējos gados, attīstoties tehnoloģijām, ir parādījušās dažas jaunas sagatavošanas metodes. Ķīmiskā tvaiku pārklāšana (CVD) ļauj sagatavot augstas tīrības pakāpes nanomēroga zaļo silīcija karbīda pulveri; sol-gēla metode ļauj precīzi kontrolēt pulvera daļiņu izmēru un morfoloģiju; plazmas metode ļauj panākt nepārtrauktu ražošanu un uzlabot ražošanas efektivitāti. Šie jaunie procesi sniedz vairāk iespēju zaļā silīcija karbīda mikropulvera veiktspējas optimizācijai un pielietojuma paplašināšanai.
4. Zaļā silīcija karbīda mikropulvera galvenās pielietojuma jomas
1. Precīza slīpēšana un pulēšana
Kā īpaši ciets abrazīvs, zaļais silīcija karbīda mikropulveris tiek plaši izmantots cementēta karbīda, keramikas, stikla un citu materiālu precīzā apstrādē. Pusvadītāju rūpniecībā augstas tīrības pakāpes zaļo silīcija karbīda pulveri izmanto silīcija plākšņu pulēšanai, un tā griešanas veiktspēja ir labāka nekā tradicionālajiem alumīnija oksīda abrazīviem materiāliem. Optisko komponentu apstrādes jomā zaļais silīcija karbīda pulveris var sasniegt nano mēroga virsmas raupjumu un atbilst augstas precizitātes optisko komponentu apstrādes prasībām.
2. Uzlaboti keramikas materiāli
Zaļais silīcija karbīda pulveris ir svarīga izejviela augstas veiktspējas keramikas ražošanai. Strukturālo keramiku ar izcilām mehāniskām īpašībām un termisko stabilitāti var izgatavot, izmantojot karstās presēšanas sintēzes vai reakcijas sintēzes procesus. Šāda veida keramikas materiāls tiek plaši izmantots galvenajās sastāvdaļās, piemēram, mehāniskajos blīvējumos, gultņos un sprauslās, īpaši skarbos darba apstākļos, piemēram, augstā temperatūrā un korozijas apstākļos.
3. Elektronika un pusvadītāju ierīces
Elektronikas jomā zaļā silīcija karbīda pulveri izmanto, lai sagatavotu platjoslas pusvadītāju materiālus. Uz zaļā silīcija karbīda bāzes veidotajām jaudas ierīcēm ir augstfrekvences, augstsprieguma un augstas temperatūras darba raksturlielumi, un tām ir liels potenciāls jaunos enerģijas transportlīdzekļos, viedtīklos un citās jomās. Pētījumi liecina, ka zaļā silīcija karbīda jaudas ierīces var samazināt enerģijas zudumus par vairāk nekā 50% salīdzinājumā ar tradicionālajām silīcija bāzes ierīcēm.
4. Kompozītmateriālu stiegrojums
Pievienojot zaļo silīcija karbīda pulveri kā stiegrojuma fāzi metāla vai polimēra matricai, var ievērojami uzlabot kompozītmateriāla izturību, cietību un nodilumizturību. Aviācijas un kosmosa jomā alumīnija bāzes silīcija karbīda kompozītmateriāli tiek izmantoti vieglu un augstas izturības konstrukciju detaļu ražošanai; autobūves nozarē ar silīcija karbīdu pastiprinātas bremžu kluči uzrāda izcilu izturību augstā temperatūrā.
5. Ugunsizturīgi materiāli un pārklājumi
Izmantojot zaļā silīcija karbīda augsttemperatūras stabilitāti, var izgatavot augstas veiktspējas ugunsizturīgus materiālus. Tērauda kausēšanas rūpniecībā silīcija karbīda ugunsizturīgie ķieģeļi tiek plaši izmantoti augstas temperatūras iekārtās, piemēram, domnās un konverteros. Turklāt silīcija karbīda pārklājumi var nodrošināt izcilu pamatmateriāla nodiluma un korozijas aizsardzību, un tos izmanto ķīmiskajās iekārtās, turbīnu lāpstiņās un citās jomās.