Jeste li ikada imali ovo iskustvo: vaš kuhinjski nož se otupi nakon dulje upotrebe, a kada ga odnesete u trgovinu hardverom da ga naoštri, mehaničar koristi crni brusni kotač koji se brzo okreće da ga trlja naprijed-nazad; ili u tvornicama, peći koje se koriste za pečenje keramike i taljenje metala, iako su stalno izložene temperaturama iznad 1000 stupnjeva, rijetko imaju svoje unutarnje stijenke progorene. Zapravo, iza obje ove stvari leži isti "industrijski-svestrani"-crni silicijev karbid.
01 Da razumijemo: Što je zapravo crni silicijev karbid?
Kao što ime sugerira, osnovne komponente crnog silicijevog karbida su "ugljik" i "silicij", s kemijskom formulom SiC. U biti, to je sintetski proizveden anorganski nemetalni materijal. To nije prirodni mineral, već "pročišćen" od uobičajenih svakodnevnih materijala: kvarcni pijesak i petrol koks miješaju se u određenom omjeru, dodaje se mala količina soli, a zatim se "peče" u otpornoj peći na 1800-2200 stupnjeva nekoliko dana. Na ovoj visokoj temperaturi, silicij u kvarcnom pijesku i ugljik u naftnom koksu reagiraju, na kraju stvarajući crne kristalne čestice - to je crni silicijev karbid.
Zašto je crna? Jer njegova čistoća nije osobito visoka (obično između 95% i 98%), a mala količina zaostalih nečistoća daje tamno siv ili crn izgled. Ako se čistoća poveća na više od 99%, postaje još jedan uobičajeni materijal-zeleni silicijev karbid (zelenkaste nijanse).
02. "Supermoći" crnog silicij karbida: zašto je postao industrijski miljenik?
Crni silicijev karbid blista na više polja zahvaljujući svoje tri ključne prednosti, od kojih svaka rješava ključnu bolnu točku u industrijskoj proizvodnji:
1. Izuzetno tvrd, što ga čini nevjerojatno učinkovitim pri mljevenju.
Među ne-metalnim materijalima u prirodi, crni SIC je samo malo tvrđi od dijamanta i kubičnog borovog nitrida, a čak je tvrđi od korunda (aluminijevog oksida)-njegova Mohsova tvrdoća doseže 9,2 (dijamant je 10). Ova tvrdoća ga čini "prirodnim abrazivom": mnogi brusni kotači koji se koriste kod kuće za oštrenje noževa i škara izrađeni su od crnih čestica silicij karbida pomiješanih sa smolom; brusni papir i diskovi za brušenje izrađeni od crnog SIC-a također se često koriste u tvornicama za obradu metalnih dijelova (kao što su nehrđajući čelik i lijevano željezo), brušenje stakla i kamena za poliranje-može brzo ukloniti neravnine i nesavršenosti s površine obradaka i nije ga lako istrošiti.
2. Otpornost na visoke temperature i otpornost na koroziju, djelujući kao "vatrootporni čuvar"
Crni silicijev karbid ima točku topljenja čak do 2700 stupnjeva i neće se deformirati niti rastopiti čak ni nakon dugotrajne-upotrebe na visokoj temperaturi od 1600 stupnjeva. Štoviše, ne boji se kiselina ili lužina, a čak ga i jake kiseline i lužine teško nagrizaju. Ova svojstva ga čine "zaštitnim omotačem" za peći i kotlove: unutarnje stijenke peći za sinteriranje u tvornicama keramike i peći na toplo mješanje u čeličanama obložene su slojem vatrostalne opeke izrađene od crnog SIC-a, koji može izdržati visoke temperature i smanjiti gubitak topline; neke-industrijske cijevi i ventili za visoke temperature također su obloženi njime kako bi se spriječila korozija zbog-plinova ili tekućina visokih temperatura.
3. Može provoditi struju i toplinu, a također može djelovati i kao "sporedni glumac" u elektronici.
Za razliku od mnogih ne{0}}metalnih materijala (kao što su staklo i keramika), crni silicijev karbid je električki vodljiv i ima čak veću toplinsku vodljivost od lijevanog željeza-što mu daje mjesto u polju elektronike: u baterijama novih energetskih vozila koristi se za izradu "toplinski vodljivih jastučića" za brzo odvođenje topline koja se stvara tijekom rada baterije, sprječavajući pregrijavanje baterije; u nekim -električnim uređajima velike snage (kao što su pretvarači frekvencije i strojevi za zavarivanje), komponente za raspršivanje topline izrađene od crnog SIC-a također se koriste kako bi se osigurao stabilan rad opreme.
03 Osim mljevenja i otpornosti na visoke temperature, što još može učiniti crni silicijev karbid?
Primjena crnog silicijevog karbida daleko je šira nego što možete zamisliti; može se pronaći u svemu, od tradicionalnih industrija do područja u razvoju.
U građevinskoj industriji miješanje čestica crnog SIC-a u beton može poboljšati otpornost na habanje cesta i mostova za više od 30% te ih također učiniti otpornima-na mraz. Ova vrsta "betona od silicij karbida" koristi se na autocestama u mnogim hladnim regijama sjeverne Kine.
U području zaštite okoliša, "saćasti keramički nosači" izrađeni od crnog silicijevog karbida mogu se ugraditi u pročistače ispušnih plinova automobila kako bi pomogli u adsorpciji štetnih plinova (kao što su ugljični monoksid i dušikovi oksidi) u ispušnim plinovima.
U fotonaponskom polju, izuzetno fini crni SIC prah je potreban kao "abraziv" pri obradi silikonskih pločica za solarne fotonaponske panele kako bi pločice bile tanke i ravne, čime se osigurava učinkovitost proizvodnje električne energije.
04 Može li crni silicijev karbid postati još "moćniji" u budućnosti?
S tehnološkim napretkom, crni SIC čini proboj u poljima "visoke-preciznosti": na primjer, znanstvenici istražuju upotrebu crnog silicijevog karbida za izradu "poluvodičkih čipova", koji su otporniji-na toplinu i provode električnu energiju brže od tradicionalnih silicijskih čipova, a mogu se koristiti u-opremi vrhunske kvalitete kao što su nova energetska vozila i 5G bazne stanice u budućnost; drugi pokušavaju pretvoriti crni SIC u "materijale za pohranjivanje energije" kako bi pomogli u pohranjivanju električne energije pretvorene iz solarne i energije vjetra, rješavajući problem "poteškoće u pohranjivanju" nove energije.
