يتمتع كربيد السيليكون المتلبد بالتفاعل بخصائص فيزيائية جيدة

بسبب خصائصه الفيزيائية الممتازة، يُستخدم كربيد السيليكون المُلبّد بالتفاعل على نطاق واسع كمادة خام كيميائية رئيسية. وتشمل تطبيقاته ثلاثة جوانب رئيسية: إنتاج المواد الكاشطة؛ إنتاج مكونات التسخين المقاوم - مثل قضبان السيليكون والموليبدينوم وأنابيب السيليكون والكربون؛ تصنيع المنتجات المقاومة للحرارة. وباعتباره مادة حرارية خاصة، يُستخدم في صهر الحديد والصلب في أفران الصهر، وأفران القبة، وغيرها من عمليات التشكيل، حيث يُقاوم التآكل والتلف في المناطق الحساسة من المنتجات المقاومة للحريق؛ في مصاهر المعادن النادرة (الزنك والألومنيوم والنحاس) في شحنات أفران الصهر، وأنابيب نقل المعادن المنصهرة، وأجهزة الترشيح، وأوعية التثبيت، وغيرها؛ وفي تكنولوجيا الفضاء في فوهات محركات التشكيل، وشفرات توربينات الغاز الطبيعي ذات درجات الحرارة العالية المستمرة؛ وفي صناعة السيليكات، يُستخدم في العديد من أنواع أفران الصهر الصناعية، وشحنات أفران التسخين المقاوم من النوع الصندوقي، وأحواض التجميع؛ وفي الصناعات الكيميائية، يُستخدم في توليد الغاز، ومكربنات النفط الخام، وأفران إزالة الكبريت من غازات المداخن، وغيرها.

نظرًا لقوته العالية نسبيًا، يصعب طحن كربيد السيليكون ألفا (α-SiC) النقي إلى مسحوق فائق النعومة على المستوى النانوي، إذ تكون جزيئاته على شكل صفائح أو ألياف. وحتى عند طحنها إلى مسحوق مضغوط، فإن تسخينها إلى درجة حرارة التحلل لا يُنتج انحناءً واضحًا، ولا يمكن تلبيدها، كما أن مستوى كثافة المنتجات منخفض، ومقاومتها للأكسدة ضعيفة. لذلك، في الإنتاج الصناعي، تُضاف كمية صغيرة من مسحوق كربيد السيليكون بيتا (β-SiC) فائق النعومة إلى كربيد السيليكون ألفا (α-SiC) مع اختيار إضافات مناسبة للحصول على منتجات عالية الكثافة. ويمكن تصنيف هذه الإضافات، بحسب نوعها، إلى أكاسيد المعادن، ومركبات النيتروجين، والجرافيت عالي النقاء، مثل الطين، وأكسيد الألومنيوم، والزركون، وكوروندوم الزركونيوم، ومسحوق الجير، والزجاج الرقائقي، ونيتريد السيليكون، وأوكسي نتريد السيليكون، والجرافيت عالي النقاء، وغيرها. يمكن أن يكون المحلول المائي للمادة اللاصقة المُشكِّلة واحداً أو أكثر من هيدروكسي ميثيل السليلوز، أو مستحلب الأكريليك، أو اللجنين السليلوزي، أو نشا التابيوكا، أو محلول أكسيد الألومنيوم الغرواني، أو محلول ثاني أكسيد السيليكون الغرواني، وما إلى ذلك. ووفقاً لنوع الإضافات واختلاف كمية الإضافة، فإن درجة حرارة حرق المادة المضغوطة ليست هي نفسها، ويتراوح نطاق درجة الحرارة بين 1400 و2300 درجة مئوية. على سبيل المثال، يتكون المنتج من 70% من كربيد السيليكون ألفا (α-SiC) بتوزيع حجم جسيمات يزيد عن 44 ميكرومتر، و20% من كربيد السيليكون بيتا (β-SiC) بتوزيع حجم جسيمات يقل عن 10 ميكرومتر، و10% من الطين، بالإضافة إلى 8% من محلول اللجنين السليلوزي (4.5%)، ممزوجة بالتساوي، ومُشكّلة بضغط تشغيل 50 ميجا باسكال، ومُسخّنة في الهواء عند درجة حرارة 1400 درجة مئوية لمدة 4 ساعات. تبلغ الكثافة الظاهرية للمنتج 2.53 جم/سم³، والمسامية الظاهرية 12.3%، وقوة الشد 30-33 ميجا باسكال. يوضح الجدول 2 خصائص التلبيد لأنواع مختلفة من المنتجات مع إضافات متنوعة.

بشكل عام، تتميز المواد الحرارية المصنوعة من كربيد السيليكون المُلبَّد بالتفاعل بخصائص عالية الجودة في جميع الجوانب، مثل قوة الضغط العالية، ومقاومة الصدمات الحرارية القوية، ومقاومة التآكل الجيدة، والتوصيل الحراري العالي، ومقاومة التآكل الناتج عن المذيبات ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة. مع ذلك، يُلاحظ ضعف تأثيرها المضاد للأكسدة، مما يؤدي إلى تمدد حجمها وتشوهها في بيئات درجات الحرارة العالية، وبالتالي تقليل عمرها الافتراضي. ولضمان مقاومة الأكسدة لهذه المواد، بُذلت جهود كبيرة في اختيار طبقة الربط. ورغم استخدام الطين (الذي يحتوي على أكاسيد معدنية) في عملية الصهر، إلا أن ذلك لم يوفر تأثيرًا عازلًا، مما يجعل جزيئات كربيد السيليكون عرضة للأكسدة والتآكل بفعل الهواء.