Как сделать карбид кремния
Карбид кремния: свойства, описание, применение
Карбид кремния (карборунд, SiC) – синтетический материал, соответствующий по составу и свойствам минералу муассанит. Является неорганическим бинарным соединением кремния с углеродом.
Представляет собой бесцветные кристаллы с бриллиантовым блеском в чистом виде, в форме технического продукта может приобретать различную окраску – зеленую, черную, желтую или серую (из-за примесей железа). Внешне напоминает уголь антрацит, но, в отличие от него, переливается всеми цветами радуги.
Природный минерал муассанит содержится в очень малых количествах в месторождениях кимберлита и корунда, а также в некоторых типах метеоритов. Впервые он был обнаружен в 1893 году А. Муассаном, в честь которого впоследствии был назван. Муассанит широко распространен в космосе в пылевых облаках вокруг звезд, богатых углеродом.
Получение карборундовых кристаллов
Из-за незначительного нахождения в природе материал чаще всего получают синтетическим путем. Впервые он был получен в виде порошка и начал производиться Э.Г. Ачесоном в промышленных масштабах также в 1893 году.
Э.Г. Ачесон запатентовал метод получения порошкообразного SiC и разработал электрическую графитовую печь для его синтезирования. Это был очень простой способ, подразумевающий спекание углерода с кремнеземом при температурах 1600-2500°C. Чистота полученного карборунда зависела от расстояния до графитового резистора в ТЭНе. Материал производила компания The Carborundum Company, и сначала он применялся только в качестве абразива.
Сейчас чистый карбид кремния (silicon carbide/karbid) также может быть синтезирован методом термического разложения полиметилсилана, при низких температурах в атмосфере инертного газа. Такой способ более удобен, так как из полимера перед запеканием в керамику можно сформировать изделие любой формы.
Свойства
Карборунд обладает уникальными характеристиками: он очень твердый и уступает по степени прочности только алмазу. Является инертным материалом – не реагирует с кислотами (кроме плавиковой, азотной и ортофосфорной) и другими веществами.
Может подвергаться нагреванию до 1500°С на открытом воздухе, не плавится при любом давлении, но способен сублимировать при t выше 1700°С. Такая термическая устойчивость обусловила другую сферу применения материала – он начал использоваться для изготовления подшипников и элементов оборудования для высокотемпературных печей.
Карбид кремния отличается также высокой теплопроводностью, плотностью электрического тока и электрическим напряжением, за счет чего вызывает значительный интерес в качестве полупроводника в электронике. Он обладает очень малым коэффициентом теплового расширения и не испытывает фазовых переходов, способных привести к разрушению монокристаллов.
Кроме того, за счет сильных химических связей материал имеет высокую радиационную и химическую стойкость, механическую прочность и твердость, а также термическую стабильность физических свойств. Благодаря уникальным характеристикам карборунд получил широкую сферу использования.
Применение
Карбид кремния используется в качестве абразивного материала для хонингования, шлифования, пескоструйной обработки и водоструйной резки. С его помощью производят детали металлургической и химической аппаратуры, функционирующей при высоких температурах.
Кроме того, материал применяется:
Карборунд относится к 4-му классу опасности по степени воздействия на организм человека. При работе с ним необходимо использовать защитные средства (очки, резиновые перчатки, маску).
Карбид кремния
Карбид кремния или карборунд – сложное химическое соединение, состоящее из частиц углерода и кремния. Впервые этот материал был получен в 1893 г. американским химиком Эдвардом Гудричем. В химии ему соответствует следующая формула: SiC. Карбид кремния используется в машиностроении, электронике, строительном секторе и ядерной энергетике.
Структура и свойства
Чистый карбид кремния располагает гексагональной кристаллической решеткой и имеет стехиометрический состав. Вещество состоит из чистых кристаллов с алмазным блеском. При наличии примесей материал окрашивается в коричневый, зеленый, серый, белый или черный цвета. Окрас вещества зависит от его химического состава. При контакте с кислородом на поверхности кристаллов образуется оксидная пленка с радужным блеском.
Кристаллическая решетка SiC
Структурные свойства карбида кремния зависят от температурного режима. При нагревании до температуры 1700 °C образуется альфа-модификация. Она является одним из самых распространенных полиформов, получаемых искусственным путем. Для этой модификации характерно явление политипизма. Она имеет больше 50 политипных модификаций со схожей структурой кристаллической решетки. При нагревании вещества до более низких температур образуется бета-модификация. Она широко применяется в качестве гетерогенных катализаторов.
Материал характеризуется следующими физическими свойствами:
Карбид кремния является одним из бинарных химических соединений. Молекулы вещества связаны между собой ковалентной связью. Благодаря большой ширине запрещенной зоны и высокой температуре плавления, карборунд обладает свойствами полупроводников. Материал устойчив к воздействию радиации и жарких температур. Данное химическое сопротивление может проводить электрический ток при температурах выше 1400 °C.
Карбид кремния является инертным химическим соединением. Он разлагается при взаимодействии с перегретым паром. При температурах выше 1700 °C вещество сублимирует, но не начинает плавиться. Карборунд не вступает в реакцию с большинством кислот, за исключением азотной, фтористоводородной и ортофосфорной. При наличии кислорода материал полностью растворяется во время взаимодействия с щелочами.
Получение карбида кремния
Наибольшее количество природного происхождения карбида кремния содержится в космическом пространстве: на пылевых облаках, окружающих звезды, в метеоритах. На Земле этот материал присутствует только на месторождениях кимберлита или корунда, что усложняет процесс его добычи в промышленных масштабах. По этой причине карборунд, используемый в современной индустриальных сферах и бытовых условиях, является искусственным.
Самым распространенным способом получения этого химического соединения является нагревание двуокиси кремния углеродом в специализированных печах, работающих на электричестве. Вещество нагревается до температуры 1800-2300 °C.Источниками кремния являются кварцевый песок, очищенный от примесей, и антрацит. Для улучшения газопроницаемости материала используются опилки из древесины. Цвет синтетического карборунда изменяется при помощи добавления хлорида натрия (поваренной соли). Увеличение плотности материала производится при помощи прессования. После этих процессов структурные частицы меняют свое местоположения, что приводит к деформации твердого раствора.
Также данное вещество получают при помощи следующих методов:
Для промышленных нужд чаще всего изготавливают карбиды зеленого и черного цветов. Особенности их химического состава определены в ГОСТ 26327-84. В нем указаны 4 марки карбида кремния: 53С, 54С, 63С и 64С.
ГОСТ 26327-84 Материалы шлифовальные из карбида кремния
ГОСТ 26327-84 Материалы шлифовальные из карбида кремния
Применение материала
Основной областью применения карбида кремния является электроника и энергетика. Это вещество используется при производстве полупроводниковых механизмов, светодиодов, резисторов, транзисторов и счетчиков энергии. Эти приспособления обладают высокой прочностью и могут стабильно функционировать в течение 10 лет. Они применяются в высокочастотной электронике. Изделия из карбида кремния отличаются следующими свойствами:
Благодаря высокой огнеупорности и теплостойкости материала, он активно применяется в металлургии и химической промышленности. Из твердого раствора карборунда изготавливается множество нагревательных приборов, способны работать при высоких температурах (до 2000 °C). Эти приспособления могут функционировать в нейтральных или восстановленных средах. Нагревательные элементы активно используются при термообработке металлических деталей для керамических приборов и электронных компонентах.
Карбид кремния применяется в качестве абразива, что обусловлено высокой прочностью и низкой стоимостью химического соединения. При абразивной обработке этот материал используется в следующих процессах:
Карборунд нашел широкое применение в производстве конструкционных материалов. Он обладает стойкостью к физическим нагрузкам и активно используется при изготовлении пуленепробиваемых жилетов и дисковых тормозов, устанавливаемых на транспортном средстве. С 1990-х гг. из карборунда изготавливают прочные газовые турбины. Они устойчивы к высоким температурам и ударным нагрузкам.
Применение
Сочетание «абразивные материалы» для обычного обывателя звучит скучновато… «Какие-то неинтересные штуки из промышленной химии», —скажете вы? А вот и нет! Карбид кремния – это еще и искусственный алмаз! Удивлены? Загорелись глазки у представительниц слабого пола? Стоп-стоп, не спешите. Теперь обо всем по порядку. Карбид кремния действительно используется в ювелирном деле под названием «муассанит» (или «синтетический […]
Использование искусственного карбида кремния (карбокорунда) Карбид кремнияПромышленное использование искусственного карбида кремния (карбокорунда) обусловлено его качественными характеристиками. Одна из сфер применения карбокорунда — металлургия, где с максимальной эффективностью раскрыты его огнеупорные и химические свойства. Применение карбида кремния в современной металлургии довольно разнопланово — от добавок в сталеплавильном производстве до стойких огнеупоров для нагревательных агрегатов. Один из […]
Для подготовки под нанесение покрытий используют пескоструйный метод, с его помощью производится зачистка поверхностей. При использовании данного метода для металлических конструкций удаляются слои старой краски, ржавчина, разнообразные загрязнения. Также пескоструйный способ позволяет убрать слой окалины и окислов с поверхности нового металла. Пескоструй для подготовки поверхностей Частицы абразивного материала придают поверхности шероховатость и определенную текстуру. Как […]
Не так давно люди смотрели с надеждой на небо, мечтали научиться летать как птицы. Всё это стало возможно благодаря вершине изобретательской мысли, которая породила авиационные двигатели. «Boeing» и «Rolls Royce» — крупнейшие мировые производители газотурбинных двигателей. Крупнейшими отечественных производителями являются «НПЦ Салют» и «НПО Сатурн». По своей конструкции авиационный ГТД (газотурбинный двигатель) представляет собой достаточно […]
В процессе формовки огнеупорной массе придается заданный размер и форма, однако далеко не все огнеупоры подвергаются такой обработке, и по этому признаки все материалы этого класса разделяют на формованные и неформованные. Готовые неформованные огнеупоры – это кусковые, порошкообразные, волокнистые материалы, а также пасты и суспензии. Огнеупоры именно в таком виде применяются, когда выполняются и ремонтируются […]
ООО «Литпромабразив» образовано в 2008 году
Наши товары Электрокорунд нормальный и белый, Карбид кремния черный, зеленый, брикетированный, металлургический, Карбид и Нитрид бора, Огнеупорные массы.
Как сделать карбид кремния
И таких этапов может больше двух.
Для обдирки при необходимости снять много «мяса» можно использовать очень грубые порошки ( если они более эффективны ).
Во-вторых для доводки мы уже должны учитывать особенности камня и той работы которую предполагается им выполнять.
Например для твердых камней ( арканзас, India ) шерховатость может сильно влиять на характер работы.
А для мягких с высокой обновляемостью зерна это может оказаться не так важно.
Ещё одно замечание по продолжительности работы на грубом порошке.
Я стараюсь не доводить порошок до полного измельчения.
Может произойти обратный эффект.
Вместо выравнивания будут завалы по краям камня.
В некоторых случаях это даже хорошо, но если нужна ровная плоскость камня, то порошок нужно менять как можно чаще, смывая отработку и добавляя новую порцию.
Это касается только создания необходимой плоскости камня, но не доводки его.
Говоря про вашиту, хочу добавить что некоторые приходится не только взбадривать, но и ровнять. Моя последняя вашита отличается тем, что не теряя абразивности уходит на плоскости в седло.
Другой пример, наоборот не грубый камень а доводочный.
Водный Norton 4000-8000.
Его я выравниваю на порошке F220.
Пробовал потом доводить и на F500, но не вижу в этом смысла.
Риски от F220 после измельчения порошка на поверхности камня остаются настолько мелкими, что их глазами не видно, только в увеличении.
К тому же от последующей работы на камне, они очень быстро уходят.
После измельчения порошка и образовании суспензии самого камня нужно следить за тем, чтобы она не была слишком густой.
Добавляя немного воды во время выравнивания, и смывая тем самым отработку порошка и снятого абразива камня, в итоге довожу уже на совсем жидкой кашице.
Для масляных камней с твёрдой связкой конечно нужен свой подход.
Он ближе к выравниванию и доводке арканзасов.
Тут нужно опытным путём подбирать свою фракцию порошка проверяя потом камень в работе.
Ещё один свежий пример.
После того как я продал свои дюймовые арканзасы и купил новые (тонкие),
стал их доводить как и раньше.
Hard до F500, Black до F1200.
Поработал и не понравился мне Hard.
По сравнению с тем камнем что я продал он оказался не таким производительным. Отклик был слабее.
Загрубил.
Hard на F220, а одну сторону Black на F500.
Вот теперь Hard стал то что нужно, но требует периодического (частого) взбадривания, а Black доведённый на F500 оказался для меня неожиданностью.
Я не думал что кухонные ножи можно взбодрить на этой стороне камня так быстро. Эта сторона камня получилась в меру агрессивной и вполне доводочной.
Что то я много тут наговорил.
Постараюсь покороче о чём не сказал.
Применение
Сочетание «абразивные материалы» для обычного обывателя звучит скучновато… «Какие-то неинтересные штуки из промышленной химии», —скажете вы? А вот и нет! Карбид кремния – это еще и искусственный алмаз! Удивлены? Загорелись глазки у представительниц слабого пола? Стоп-стоп, не спешите. Теперь обо всем по порядку. Карбид кремния действительно используется в ювелирном деле под названием «муассанит» (или «синтетический […]
Использование искусственного карбида кремния (карбокорунда) Карбид кремнияПромышленное использование искусственного карбида кремния (карбокорунда) обусловлено его качественными характеристиками. Одна из сфер применения карбокорунда — металлургия, где с максимальной эффективностью раскрыты его огнеупорные и химические свойства. Применение карбида кремния в современной металлургии довольно разнопланово — от добавок в сталеплавильном производстве до стойких огнеупоров для нагревательных агрегатов. Один из […]
Для подготовки под нанесение покрытий используют пескоструйный метод, с его помощью производится зачистка поверхностей. При использовании данного метода для металлических конструкций удаляются слои старой краски, ржавчина, разнообразные загрязнения. Также пескоструйный способ позволяет убрать слой окалины и окислов с поверхности нового металла. Пескоструй для подготовки поверхностей Частицы абразивного материала придают поверхности шероховатость и определенную текстуру. Как […]
Не так давно люди смотрели с надеждой на небо, мечтали научиться летать как птицы. Всё это стало возможно благодаря вершине изобретательской мысли, которая породила авиационные двигатели. «Boeing» и «Rolls Royce» — крупнейшие мировые производители газотурбинных двигателей. Крупнейшими отечественных производителями являются «НПЦ Салют» и «НПО Сатурн». По своей конструкции авиационный ГТД (газотурбинный двигатель) представляет собой достаточно […]
В процессе формовки огнеупорной массе придается заданный размер и форма, однако далеко не все огнеупоры подвергаются такой обработке, и по этому признаки все материалы этого класса разделяют на формованные и неформованные. Готовые неформованные огнеупоры – это кусковые, порошкообразные, волокнистые материалы, а также пасты и суспензии. Огнеупоры именно в таком виде применяются, когда выполняются и ремонтируются […]
ООО «Литпромабразив» образовано в 2008 году
Наши товары Электрокорунд нормальный и белый, Карбид кремния черный, зеленый, брикетированный, металлургический, Карбид и Нитрид бора, Огнеупорные массы.