المكونات الرئيسية وتطبيقات كربيد السيليكون المتلبد تحت الضغط الجوي

كربيد السيليكون المُلبّد تحت الضغط الجوي هو كربيد غير فلزي ذو رابطة تساهمية بين السيليكون والكربون، وتأتي صلابته في المرتبة الثانية بعد الماس وكربيد البورون. صيغته الكيميائية SiC. بلوراته عديمة اللون، وتظهر باللونين الأزرق والأسود عند أكسدتها أو احتوائها على شوائب. يُطلق على كربيد السيليكون المُشكّل ببنية تشبه الماس اسم "الصنفرة". تتميز الصنفرة بصلابة قريبة من الماس، وثبات حراري جيد، ومقاومة للمحاليل المائية لحمض الهيدروكسي وحمض الكبريتيك المركز، بينما تكون غير مستقرة في المحاليل الحمضية المختلطة أو حمض الفوسفوريك أو حمض الهيدروجين المركز أو حمض النيتريك. تذوب القلويات في جو مجوف. يُقسم كربيد السيليكون إلى نوعين: كربيد السيليكون الصناعي وكربيد السيليكون الطبيعي. كربيد السيليكون الطبيعي، المعروف باسم الكاربونيت، يوجد بشكل رئيسي في الكيمبرلايت والأمفيبوليت البركاني، لكن كميته قليلة ولا قيمة استخراجية له.

كربيد السيليكون المُلبّد صناعيًا تحت الضغط الجوي هو خليط من كربيد السيليكون النقي (βSiC) وكربيد السيليكون المُلبّد (βSiC)، ويتوفر بلونين: الأسود والأخضر. كربيد السيليكون النقي عديم اللون، أما الشوائب فتُنتج ألوانًا أخرى كالأسود والأخضر والأزرق والأصفر. يتميز بحدود حبيبية سداسية ومكعبة، وبلورات على شكل صفائح وأعمدة مركبة. يتمتع ببريق زجاجي، وكثافة تتراوح بين 3.17 و3.47 غ/سم³، وصلابة مورس 9.2، ونقطة انصهار تتراوح بين 30380 و33320 ميجا باسكال عند الضغط الجوي: يبدأ بالانصهار عند 2050 درجة مئوية، وعند 2600 درجة مئوية عند الضغط الجوي المُستعاد. معامل المرونة 466480 ميجا باسكال، وقوة الشد 171.5 ميجا باسكال، وقوة الضغط 1029 ميجا باسكال. معامل التمدد الخطي 5.010⁻⁶ (25 ~ 1000). الموصلية الحرارية 59 واط/(م.ك). الثبات الكيميائي، الغليان في حمض الهيدروكلوريك، وحمض الكبريتيك، وحمض الهيدروفلوريك لن يؤدي إلى التآكل.

بحسب الاستخدامات المختلفة، يُصنّف كربيد السيليكون المُلبّد بالضغط الجوي إلى مواد كاشطة، ومواد حرارية، ومزيلات أكسدة، ومواد كهربائية، وغيرها. يجب ألا يقل محتوى كربيد السيليكون في كربيد السيليكون الكاشط عن 98%. أما كربيد السيليكون الحراري، فيُصنّف إلى: (1) كربيد السيليكون الأسود الحراري المتقدم، حيث يكون محتوى كربيد السيليكون فيه مطابقًا تمامًا لكربيد السيليكون المستخدم في الطحن. (2) كربيد السيليكون الأسود الحراري الثانوي، حيث يزيد محتوى كربيد السيليكون فيه عن 90%. (3) كربيد السيليكون الأسود الحراري منخفض الجودة، حيث لا يقل محتوى كربيد السيليكون فيه عن 83%. ويُشترط عمومًا أن يزيد محتوى كربيد السيليكون في مزيلات الأكسدة عن 90%. مع ذلك، يُمكن استخدام مواد عازلة لأفران الجرافيت الصناعية الكربونية، التي يزيد محتوى كربيد السيليكون فيها عن 45%، كمزيل أكسدة في صناعة الصلب. يتوفر كربيد السيليكون المستخدم كعامل مزيل للأكسدة بنوعين من حيث الشكل والقوالب. يتراوح حجم جزيئات مسحوق كربيد السيليكون الأسود المزيل للأكسدة عادةً بين 4 و 0.5 مم، وبين 0.5 و 0.1 مم.

ينقسم كربيد السيليكون المستخدم في قطاع الكهرباء إلى فئتين رئيسيتين

(1) إن كربيد السيليكون الأخضر المستخدم في عناصر التسخين الكهربائية هو نفسه كربيد السيليكون الأخضر المستخدم في الطحن.

(2) كربيد السيليكون المستخدم في مانع الصواعق له متطلبات وظيفية كهربائية خاصة، وهو يختلف عن كربيد السيليكون الأسود المستخدم في طحن البيانات المقاومة للحرارة.

استخدام كربيد السيليكون المتلبد تحت الضغط الجوي

تتميز منتجات كربيد السيليكون المُلبّدة تحت الضغط الجوي بخصائص فريدة، مثل مقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، ومقاومة الحرارة، ومقاومة الحريق، ومقاومة الإشعاع، بالإضافة إلى موصلية كهربائية وحرارية ممتازة، مما يجعلها واسعة الانتشار في مختلف قطاعات الاقتصاد الوطني. في الصين، يُستخدم كربيد السيليكون الأخضر بشكل أساسي كمادة كاشطة. أما كربيد السيليكون الأسود، فيُستخدم في صناعة أحجار التجليخ، التي تُستخدم بدورها لقطع وتجليخ المواد ذات مقاومة الشد المنخفضة، مثل الزجاج والسيراميك والحجر والمواد الحرارية، وكذلك لتجليخ أجزاء الحديد الزهر والمعادن غير الحديدية. ويُستخدم التجليخ المصنوع من كربيد السيليكون الأخضر في الغالب لتجليخ الكربيد المُلبّد، وسبائك التيتانيوم، والزجاج البصري، بالإضافة إلى تجليخ بطانات الأسطوانات وأدوات الصلب عالي السرعة. أما مواد كربيد السيليكون المكعبة الكاشطة، فتُستخدم فقط في التجليخ فائق الدقة للمحامل المصغرة. ويمكن تحسين مقاومة تآكل مراوح التوربينات بشكل كبير من خلال طلاءها بمسحوق كربيد السيليكون كهربائيًا. باستخدام الضغط الميكانيكي لدفع مسحوق SiC200 المكعب ومسحوق W28 الدقيق إلى جدار أسطوانة محرك الاحتراق الداخلي، يمكن مضاعفة عمر الأسطوانة أكثر من مرتين.