Основным сырьем для изготовления нелинейных полупроводниковых сопротивлений является технический карбид кремния — соединение двух элементов IV группы таблицы Д. И. Менделеева — кремния и углерода, соответствующее формуле SiC. Карбид кремния стехиометрического состава содержит 70,045% Si и 29,955% С, в природе практически не встречается.
Технический карбид кремния изготовляется в электрических печах при восстановлении двуокиси кремния углеродом по уравнению:
В зависимости от сырья и проведения технологического процесса получаются кристаллы карбида кремния различной окраски. Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. Поэтому даже по внешнему виду можно заключить, что технический карбид кремния весьма насыщен примесями, которые могут быть, как и компонентами чужеродных элементов, так и примесями, являющимися превышением той или иной компоненты над стехиометрическим составом. Так например добавка в шихту поваренной соли или элементов V группы (N, Р, As, Sb, Bi) дает SiC зеленую окраску, добавление элементов II группы (Са, Mg) и III группы (В, Al, Ga, In) дает голубую и фиолетовую окраску (в толстых слоях черную).
Матрица Науки. «Карбид кремния – материал будущего».
Электропроводность порошкообразного карбида кремния зависит от электропроводности зерен исходного материала, их размеров, степени сжатия частиц, напряженности электрического поля и температуры.
Полупроводниковая природа SiC обусловливает чрезвычайно сильное влияние примесей и дефектов кристалли ческой решетки на его электропроводность.
Электро проводность технического карбида кремния изменяется на 10— 12 порядков, а тип проводимости связан с наличием примесей, природа и концентрация которых влияет на цвет и интенсивность окрашивания кристаллов. П римеси элементов VB группы периодической системы (N, P, As) сообщают кристаллам SiC n-тип проводимости и яв ляются донорами, отдающими свои электроны в свободную зону. Примеси элементов III В группы периодической системы (В, А1, Ga) придают кристаллам SiC р-тип проводимости и являются акцепторами, определяющими движение электронов или поло жительных дырок в заполненной зоне.
Беспримесный карбид кремния, обладающий собственной про водимостью при низких температурах, до настоящего времени получить не удалось. Основными электрическими активными примесями являются азот и алюминий. Алюминий содержится в виде загрязняющих примесей в углеродистом кварцевом сырье и растворяется в карбиде кремния в процессе его синтеза. Азот легирует SiC из окружающего воздуха в процессе синтеза и охлаждения печи. Наиболее чистые кристаллы SiC содержат до 10 17 ат/см 3 азота и, следовательно, имеют n-тип проводимости.
Технический карбид кремния имеет как донорные, так и ак цепторные примеси, и его тип проводимости зависит от соотно шения концентраций примесей различной природы.
Выпускаемый абразивной промышленностью карбид кремния по содержанию примесей подразделяется на два класса: черный и зеленый, зеленый цвет монокристаллам придает азот, а черный – алюминий. Зеленый содержит меньшее количество примесей. В табл. 1 представлен химический состав, % (по массе) черного и зеленого SiC.
Муассанит.Карборунд.Карбид кремния.Камень который носят звёзды/»звёзды».
Химический состав черного и зеленого SiC, % (по массе)
Источник: worldofmaterials.ru
Карбид кремния как абразив для заточки ножей
Давайте подробнее рассмотрим каждый из типов абразивов. Итак Карбид кремния(КК).
Наверное, один из самых известных абразивных материалов. Встречается и в природе, но редко, массовое производство с 1893 году, а известен был еще с 1840 года. Бывает по внешнему виду черный и зеленый. Цвет говорит о чистоте фракции, но интересен тот факт, что при изготовлении получают по сути сразу обе фракции черного и зеленого КК, это связано как раз с самой технологией производства.
Черный КК – с примесями, чем он зеленее и даже желтее, а порой даже ближе к бесцветным кристаллам, тем он чище, чистый КК бесцветен… Порой в среде заточников регулярно можно слышать, что зеленый КК злее грызет чем черный…И это закономерно и теперь мы знаем почему. Именно этот фактор порой сказывается на разных ощущениях от заточки, от одного производителя порой или от разных, но разных по цвету брусков.
Одним из немаловажных факторов, так же влияющим на качество абразивной работы, является и тот факт, что на сегодняшний день известно около 250 кристаллических форм КК. Современное производство позволяет получать КК с размером зерна от 12 до 1200 по FEPA. Черный КК обозначается 55С и 54С, зеленый как 63Си 64С.
Вариативность применения КК обширна и очень разнообразна.
- Это и высокоскоростная обработка(круги для станков, шарошки различных форм), низкоскоростная мехобработка (круги для станков типа Тормек).
- Ручная обработка (о формах и типах связки брусков это тема отдельного разговора).
- Так же широко применяется КК при изготовлении наждачных бумаг и лент.
- Обладает большой вариативностью по применяемым СОЖ от воды до масла или совсем без сож.
Так же огромное количество связок применяемых при изготовлении абразивных инструментов делает его самым распространенным материалом для обработки. Следует понимать что каждая связка уникальна по своему и если КК спечен в круг для высокоскоростной обработки, то конечно можно будет на части круга или челом поработать вручную, но следует отдавать отчет, что по сути это будет не оптимальный режим резания для данной связки и производительность и результат будут далеки от того для каких целей он изначально создавался.
Никто не спорит что деды наши на ломанных частях круга затачивали порой ножи и топоры дома, но это как раз не от изобилия абразивов под рукой и от непонимания порой процессов заточки в целом. Стоит так же понимать что один и тот же размер зерна при разных типах связки дает разный результат и иногда совсем не сопоставимый… Яркий пример это например работа свободного зерна F500 и абразивного бруска из того же КК F500. Не столь явные различия в характере работы, но все же будут даже если мы сравним два бруска из того же КК F500, но один из них на мягкой связке, а второй на связке твердой или чрезвычайно твердой. Так же в промышленности применяются полировальные пасты на основе КК их характер работы совсем иной, но тоже заслуживает внимания. Особенности брусков из КК на различных связках мы будем рассматривать чуть позже, а сейчас хотелось бы кратко резюмировать все + и – КК как абразивного материала.
Начнем пожалуй, с плюсов:
- — доступность
- — размер зерна и вариативность форм позволяют закрыть весь процесс заточки от обдирки до сверхтонкого финиша.
- — характер работы КК в виде дробления его зерен, позволяет говорить об постоянности обновляемости зерен и постоянстве абразивного процесса в целом в заданных рамках и как следствие – предсказуемость получаемого результата
- — вариативность применяемых СОЖ
- — вариативность применяемых скоростей работы (от станочной до ручной)
- — позволяет обрабатывать абсолютно любые стали в т.ч. с твердостью до 67 НРС
Источник: dzen.ru
Карбид кремния
Для производства изделий из карбида кремния используется технология реакционного спекания. В процессе производства исходная заготовка, полученная прессованием смеси порошков карбида кремния и графита, пропитывается расплавом кремния, после чего спеченная заготовка подвергается механической обработке. Основное достоинство керамики на основе карбида кремния как материала для подшипников и уплотнений жидкостного трения — это очень высокая износостойкость в жестких условиях абразивного изнашивания и повышенных температур, обеспечиваемая сочетанием высокой твердости и высокой теплопроводности. Некоторые физико-механические свойства материала карбид кремния в сравнении с твердым сплавом и силицированным графитом приведены в следующей таблице.
Характеристика материала
Карбид кремния
Самосвязанный карбид кремния
ВК6ОМ
Силицированный графит СГ-Т
92 % карбида кремния
99 % карбида кремния
50 % карбида кремния
Предел прочности на изгиб, МПа
Предел прочности на сжатие, МПа
Модуль упругости, ГПа
Трещиностойкость, МПа*м1/2, в пределах
Коэффициент теплопроводности при 100°С, Вт/(м°К)
Коэфф. теплового расширения при 20-1000°С, К-1*10-6
Вязкость разрушения, МПа*м1/2
Область применения подшипников из карбида кремния обусловлена, в основном, его высокими износостойкостью и теплопроводностью. Известно, что ресурс работы деталей из карбида кремния в абразивных средах в разы выше, чем у инструментальных сталей и графитов, и в 1.5-2 раза, чем у твердых сплавов.
Высокая теплопроводность существенно снижает градиент температуры в элементах подшипника и вместе с низким коэффициентом термического расширения обеспечивает стабильность геометрических характеристик (величину рабочего зазора и форму поверхности трения) в широком диапазоне рабочих температур. Указанное сочетание высокой теплопроводности и низкого коэффициента термического расширения определяет высокую термостойкость карбида кремния.
Он способен выдерживать десятки термоударов до 1000-1300°С;. Карбид кремния работает до температуры 1350°С, что позволяет использовать его во всех известных нам процессах нефтепереработки. В качестве примера можно привести использование карбида кремния в нагревателях, длительно работающих на воздухе при температурах около 1400°С. Большое значение имеет химическая стойкость карбида кремния к продуктам нефтехимии. За рубежом в химической индустрии очень широко используются изделия из карбида кремния, в частности, при высоких температурах.
Благодаря своим уникальным физико-химическим и прочностным характеристикам керамика из карбида кремния особенно в последние 5-10 лет широко используется как наиболее удачный материал с точки зрения, инертности, прочности, износостойкости, термостойкости и теплопроводности.
Область применения: пары трения в узлах торцевого уплотнения насосных агрегатов используются для перекачки нефтепродуктов, сжиженного газа. Созданы и укомплектованы деталями (крылчатка, вал, пары трения) из карбида кремния химически стойкие насосы для работы в агрессивных средах, а также укомплектованы парами трения в узлах осевых опор в погружных насосах.
Карбид кремния также используется для изготовления сопел и форсунок для подачи газов в зону плавления стекла и металлов, спекания керамики.
· Сопла различных типоразмеров из карбида кремния:
- для пескоструйных установок;
- для высокотемпературных пескоструйных установок (температура песка около 1000 °С), используемых для очистки от нагара труб на предприятиях нефтедобывающей промышленности и нефтепереработки;
- для факелов газовых печей, в том числе стекловарочных печей с длительностью непрерывной работы более 2 лет;
· Конфузоры различных типоразмеров из карбида кремния для газовых стекловаренных печей для варки хрусталя, взамен чугуна. Работают на Никольском заводе «Красный гигант» более пяти лет при температуре 1300 °С, где чугунные работали 2-3 месяца;
· Плиты различных типоразмеров из карбида кремния для футеровки печей с рабочей температурой до 1400 °С в воздушной среде и до 2000 °С в вакууме;
· В плавильных печах, где сплавляемый материал не реагирует с кремнием или карбидом кремния, карбид кремния заменяет платину и графит;
· В индукционных печах по плавлению сплавов для корпусов часов графитовые тигли заменены на карбид кремния и работают третий год вместо двух месяцев при температурах до 1000 °С.
Источник: www.chemind-tec.ru