Tính chất và ứng dụng của cacbua silic

Cacbua silic không chỉ là vật liệu chịu lửa tuyệt vời. Nhưng nó cũng là vật liệu mài, vật liệu chống ăn mòn và vật liệu dẫn nhiệt được sử dụng phổ biến. Hóa chất chính của cacbua silic là SiC, có tên gọi khác là carborundum. Nó nhận được nhiều đặc tính tuyệt vời.

Cacbua silic được sử dụng trong các sản phẩm công nghiệp được tổng hợp nhân tạo ở nhiệt độ cao 2200-2500 ° C, gần như không tồn tại trong tự nhiên. Nguyên liệu chính của cacbua silic tổng hợp là cát thạch anh (silica), than cốc dầu mỏ và các nguyên liệu phụ là mùn cưa, muối, v.v. Thành phần của cát thạch anh là SiO2, cung cấp silicon cho cacbua silic. Nguyên tố của than cốc dầu mỏ là C, cung cấp cacbon cho cacbua silic. Các vật liệu phụ không tham gia vào quá trình phản ứng nấu chảy, vai trò của dăm gỗ là tăng tính thấm của điện tích lò. Muối ăn chỉ được thêm vào khi nấu chảy cacbua silic xanh để làm cho nó có màu xanh lục. 

Chia theo màu sắc, cacbua silic bao gồm cacbua silic đen và cacbua silic xanh . Chúng khác nhau về độ tinh khiết và độ cứng. Độ tinh khiết của cacbua silic đen thấp hơn một chút so với cacbua silic xanh. Carborundum đen có hàm lượng SiC không dưới 98%. Carborundum xanh có độ tinh khiết SiC trên 99%. Cả hai đều là pha α của tinh thể cacbua silic.

Cả cacbua silic xanh và đen đều có các đặc tính chung sau:

Cả cacbua silic xanh và đen đều có các đặc tính chung sau:

1. Độ ổn định hóa học ở nhiệt độ cao:

Cacbua silic có điểm nóng chảy rất cao và khả năng chịu nhiệt độ cao tốt, có thể duy trì các tính chất vật lý và hóa học ổn định trong môi trường nhiệt độ cao. Cacbua silic không bị oxy hóa ở nhiệt độ 1400°C mà thay vào đó tạo thành một lớp màng mỏng silicon dioxide trên bề mặt tinh thể. Kết quả là, màng mỏng cũng mang lại cho silicon cacbua vẻ ngoài bóng bẩy đầy màu sắc.

2. Chịu nhiệt độ cao tốt:

Cacbua silic có điểm nóng chảy rất cao và có thể chịu được nhiệt độ cao từ 1800 đến 1900 ° C, với nhiệt độ hạ lưu là 2300 ° C. Cacbua silic cũng có độ bền và khả năng chống va đập tốt ở nhiệt độ cao nên trở thành vật liệu chịu lửa được sử dụng phổ biến trong sản xuất thép.

3. Độ cứng cao:

Cacbua silic có độ cứng cực cao, chỉ thấp hơn kim cương. Điều này cho phép cacbua silic có khả năng chống mài mòn và hiệu suất mài tuyệt vời trong các lĩnh vực như ma sát, cắt và mài. Trong thang Mohs, độ cứng của kim cương là Mohs 10,0, độ cứng của cacbua silic xanh là Mohs 9,4-9,5 (độ cứng Vickers 33-34Gpa), và độ cứng của cacbua silic đen là Mohs 9,2-9,3 (Độ cứng Vickers 28- 32Gpa).

4. Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời:

Cacbua silic có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời đối với hầu hết các axit và kiềm. Nó không phản ứng với axit và bazơ mạnh và có thể được sử dụng ổn định trong thời gian dài dưới nhiệt độ và môi trường hóa học phức tạp.

5. Độ dẫn nhiệt tuyệt vời:

Cacbua silic có tính dẫn nhiệt cao, độ dẫn nhiệt 60-200 W/M · K ở nhiệt độ phòng, có thể truyền nhiệt hiệu quả. Do đó, nó phù hợp cho vật liệu hoặc lớp phủ dẫn nhiệt, chẳng hạn như tản nhiệt và tản nhiệt.

6. Hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn:

Hệ số giãn nở nhiệt của cacbua silic là 3,9-4,5 x10-6/oC, được sử dụng để sản xuất các sản phẩm chịu lửa và gốm SiC ít bị rão và biến dạng.

7. Hiệu suất cách nhiệt tuyệt vời:

Cacbua silic có hiệu suất cách nhiệt cao và có thể duy trì hiệu suất cách nhiệt ổn định trong điều kiện nhiệt độ cao và điện trường cao. Do đó, nó thường được sử dụng làm linh kiện điện tử và vật liệu cách nhiệt và cũng là nguyên liệu chính để sản xuất gốm sứ cacbua silic.

8. Mật độ khối thấp hơn:

Trọng lượng riêng của cacbua silic là 3,2g/cm3, thấp hơn hầu hết các kim loại và corundum.

9. Độ giòn, dẻo dai:

Mặc dù cacbua silic có độ cứng cao nhưng nó có độ giòn mạnh và độ dẻo dai hơi kém. Độ dẻo dai của cacbua silic đen cao hơn cacbua silic xanh.

Cacbua silic hoạt động tốt trong nhiều ứng dụng. Nó áp dụng chủ yếu ở các khía cạnh sau:

1. Dụng cụ mài mòn và mài mòn:

Cacbua silic có khả năng chống mài mòn tuyệt vời và được sử dụng rộng rãi trong chế tạo các sản phẩm mài mòn. Cacbua silic đen thích hợp để sản xuất bánh mài, giấy nhám nước, chổi mài mòn cacbua silic, đĩa cát giấy thép, bánh mài sợi, v.v. Những dụng cụ mài mòn này được sử dụng để mài kim loại, hợp kim, gỗ và thủy tinh thông thường. Cacbua silic xanh thích hợp để sản xuất các sản phẩm mài mòn như đá mài nhựa, đá mài kim cương, đĩa mài nước, đá mài, đá mài PVA và khối mài đất sét kim cương.

2. Mài và đánh bóng:

Cacbua silic, như một chất mài mòn, có thể được sử dụng rộng rãi để phun cát và thụ động hóa đá cẩm thạch, đá granit, hợp kim titan và hợp kim đồng. Việc sử dụng điển hình là thực hiện xử lý thụ động cạnh trên hợp kim cứng cacbua vonfram. Bột cacbua silic được sử dụng trong máy mài hai mặt để nghiền các sản phẩm hợp kim và gốm sứ bằng nước nhằm đạt được độ nhám bề mặt lý tưởng. Ngoài ra, cacbua silic, làm môi trường mài cho máy mài lăn, có thể hoạt động cùng với đá mài hoặc cát óc chó để mài nhẵn và đánh bóng các phôi thép không gỉ, hợp kim và ngọc bích.

3. Sản phẩm gốm sứ:

Cacbua silic có thể được sử dụng để chế tạo các sản phẩm gốm khác nhau, chẳng hạn như con dấu gốm, vòng bi gốm, ống gốm, vòi phun cacbua silic, v.v. Nó cũng có thể được sử dụng để sản xuất gốm xốp, màng lọc gốm cacbua silic luyện kim, bẫy hạt diesel Màng gốm , và thường được sử dụng để sản xuất tấm gốm chống đạn, gốm sứ tổng hợp cacbua silic Boron cacbua và gốm sứ công nghiệp khác.

4. Vật liệu chịu lửa:

Cacbua silic có thể được sử dụng để sản xuất gạch chịu lửa, nồi nấu kim loại cacbua silic, lò nung cacbua silic và các sản phẩm khác, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong sản xuất ngành công nghiệp sắt thép.

5. Công nghiệp sơn phủ:

Cacbua silic có khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn cao. Nó có thể hoạt động như một chất phụ gia cho lớp phủ chống dính Teflon (Teflon), lớp phủ UV và Fluoropolymer. Phụ gia này cải thiện đáng kể khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn của lớp phủ.

6. Thiết bị điện tử:

Cacbua silic có tính dẫn nhiệt tốt và ổn định nhiệt độ cao. Nó phù hợp để chế tạo tản nhiệt điện tử, vật liệu đóng gói điện tử, thiết bị bán dẫn điện, v.v.
Ngoài ra, SiC còn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, hàng không vũ trụ, sản xuất ô tô và các lĩnh vực khác, đóng một vai trò quan trọng.