WĘGLIK KRZEMU – SiC ( Silicon Carbide)

Jest to materiał ceramiczny o unikalnych właściwościach, co sprawia, że znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu. Poniżej znajdziesz opis węglika krzemu:

• bardzo wysoka twardość (ok. 2500 HV)
• doskonała odporność na ścieranie
• bardzo dobra odporność chemiczna, również w wysokich temperaturach
• rozkład termiczny dopiero powyżej 2000 °C
• dobra wytrzymałość mechaniczna w wysokich temperaturach
• wysoka przewodność cieplna
• odporność na szoki termiczne (Δ~250°C)
• niska rozszerzalność cieplna (4.3 – 5.8 x 10-6 K)
• mała gęstość (ok.3.1g/cm3)

Rozróżniamy:

1. Węglik Krzemu SSiC (Siliconized Silicon Carbide):

1. • Jest to węglik krzemu, który został procesem infiltracji krzemem dodatkowo wzmocniony, co nadaje mu dodatkową twardość i odporność na zużycie.
   • Proces ten polega na infiltracji węgliku krzemu gazowym krzemem, który reaguje z węglem, tworząc dodatkowy materiał ceramiczny.

1. Węglik Krzemu SiSiC (Reaction-Bonded Silicon Carbide):

1. • Węglik krzemu SiSiC jest wytwarzany w procesie znanym jako reakcyjne spiekanie węglika krzemu.
   • W procesie tym wytapia się kawałki węgliku krzemu, a gaz krzemowy reaguje z węglem w strukturze materiału, tworząc wiązania SiC. To powoduje utworzenie monolitycznej struktury, w której niektóre obszary są bogatsze w krzem niż inne.

Charakterystyka:

1. Struktura Krystaliczna:

• • Węglik krzemu występuje w różnych formach krystalicznych, ale najważniejsze z nich to krzemian krzemu (β-SiC) i krzemian krzemu (α-SiC). Różnice w strukturze krystalicznej wpływają na właściwości materiału.

2. Twardość:

• • Jest jednym z najtwardszych materiałów znanych człowiekowi. Jego twardość jest porównywalna do diamentu, co sprawia, że jest odporny na ścieranie.

3. Odporność na Wysoką Temperaturę:

• • Posiada doskonałą odporność na wysoką temperaturę. Może utrzymywać swoje właściwości mechaniczne i strukturalne w warunkach ekstremalnych, co czyni go przydatnym w aplikacjach wysokotemperaturowych.

4. Przewodność Cieplna:

• • Ma bardzo dobrą przewodność cieplną, co sprawia, że jest efektywnym przewodnikiem ciepła. Jest często używany w aplikacjach, gdzie skuteczne odprowadzanie ciepła jest kluczowe.

5. Przewodność Elektryczna:

• • W zależności od rodzaju domieszek i procesu produkcji, węglik krzemu może być przewodnikiem elektrycznym lub izolatorem elektrycznym. Ta cecha sprawia, że ma zastosowanie zarówno w elektronice mocy, jak i w izolatorach elektrycznych.

6. Odporność Chemiczna:

• • Jest odporny na działanie wielu substancji chemicznych, co sprawia, że jest stosowany w agresywnych środowiskach chemicznych.

7. Lekkość:

• • W porównaniu do niektórych metali, węglik krzemu jest stosunkowo lekki, co może być korzystne w zastosowaniach, gdzie masa odgrywa istotną rolę.

Zastosowania:

• SiC ( Silicon Carbide) znajduje zastosowanie w produkcji narzędzi tnących, elementów ogniotrwałych, komponentów przemysłu lotniczego, elementów półprzewodnikowych, izolatorów elektrycznych, a także w medycynie (np. w implantach chirurgicznych). Ze względu na swoją odporność na wysokie temperatury, węglik krzemu jest używany w produkcji elementów ogniotrwałych, takich jak kształtki piecowe czy płaszcze piecowe.

Poniżej kilka głównych obszarów, w których węglik krzemu jest szeroko stosowany:

1. Elektronika Mocy:

• • Jest powszechnie używany w produkcji elementów półprzewodnikowych do zastosowań w elektronice mocy. Wytwarza się z niego diody Schottky, tranzystory mocy, a także moduły mocy dla układów zasilania.

2. Elementy Ogniotrwałe:

• • Ze względu na swoją odporność na wysoką temperaturę, węglik krzemu jest stosowany w produkcji elementów ogniotrwałych, takich jak kształtki piecowe, płaszcze piecowe czy komponenty stosowane w przemyśle metalurgicznym.

3. Narzędzia Tnące:

• • Węglik krzemu o dużej twardości i odporności na ścieranie znajduje zastosowanie w produkcji narzędzi tnących, takich jak noże, wiertła czy frezy.

4. Energetyka Jądrowa:

• • Jest używany w niektórych zastosowaniach w energetyce jądrowej, zwłaszcza w konstrukcji elementów ogniotrwałych w reaktorach jądrowych.

5. Przemysł Lotniczy i Kosmiczny:

• • Znajduje zastosowanie w produkcji komponentów do przemysłu lotniczego i kosmicznego, takich jak łopatki turbin, izolatory termiczne czy elementy konstrukcyjne.

6. Elektronika i Sensory:

• • Zastosowanie obejmuje produkcję izolatorów elektrycznych, sensorów ciśnienia, elementów do produkcji urządzeń pomiarowych i czujników.

7. Medycyna:

• • Jest stosowany w produkcji implantów chirurgicznych, zwłaszcza w stomatologii, gdzie jest używany do produkcji koron, koronowo-korzeniowych wkładów i innych elementów protetycznych.

8. Przemysł Elektrochemiczny:

• • Węglik krzemu może być stosowany jako elektrody w różnych komórkach elektrochemicznych, w tym w superkondensatorach.

9. Technologie LED:

• • Węglik krzemu jest używany w produkcji diod elektroluminescencyjnych (LED), gdzie wykorzystuje się jego właściwości półprzewodnikowe.

PARAMETRY WĘGLIKA KRZEMU – SSIC, SiSIC

Parametry	SSIC	SiSIC
Barwa	Czarny	Czarny
Gęstość (g/cm3)	3.12	3.06
Chłonność wody (%)	0	0
Wytrzymałość na zginanie (Mpa)	359	300
Wytrzymałość na ściskanie (Mpa)	2200	2000
Moduł Younga  (Gpa)	400	350
Przewodność temperaturowa (W/mK)	110	100
Maksymalna temp stosowania (°C)	1500	1300
Współczynnik rozszerzalności cieplnej ( 25-1000 °C) ( 10-6/K)	4	4