Ai avut vreodată această experiență: cuțitul tău de bucătărie se tocește după o utilizare prelungită, iar când îl duci la un magazin de hardware pentru a-l ascuți, mecanicul folosește o roată de șlefuit neagră care se învârte rapid pentru a-l freca înainte și înapoi; sau în fabrici, cuptoarele folosite pentru arderea ceramicii și topirea metalelor, deși sunt expuse constant la temperaturi de peste 1000 de grade, rareori au pereții interiori arși. De fapt, în spatele ambelor lucruri se află același „universal industrial-rotund”-carbură de siliciu neagră.
01 Să înțelegem: Ce este exact carbura de siliciu neagră?
După cum sugerează și numele, componentele de bază ale carburii de siliciu negre sunt „carbon” și „siliciu”, cu formula chimică SiC. În esență, este un material anorganic ne-metalic produs sintetic. Nu este un mineral natural, ci mai degrabă „rafinat” din materiale obișnuite: nisip de cuarț și cocs de petrol sunt amestecate într-un anumit raport, se adaugă o cantitate mică de sare și apoi este „ars” într-un cuptor cu rezistență la 1800-2200 de grade timp de câteva zile. La această temperatură ridicată, siliciul din nisipul de cuarț și carbonul din cocsul de petrol reacţionează, formând în cele din urmă particule cristaline negre - aceasta este carbură de siliciu neagră.
De ce este negru? Pentru că puritatea sa nu este deosebit de ridicată (de obicei între 95% și 98%), iar cantitatea mică de impurități reziduale îi conferă un aspect gri închis sau negru. Dacă puritatea crește la peste 99%, aceasta devine un alt material comun-carbură de siliciu verde (cu o nuanță verzuie).
02. „Superputeri” Carbura de siliciu neagră: de ce a devenit un drag industrial?
Carbura de siliciu neagră strălucește în mai multe domenii datorită celor trei avantaje esențiale ale sale, fiecare dintre acestea abordând un punct cheie de durere în producția industrială:
1. Extrem de dur, ceea ce îl face incredibil de eficient la măcinare.
Dintre materialele ne-metalice din natură, SIC negru este doar puțin mai dur decât diamantul și nitrura de bor cubică și chiar mai dur decât corindonul (alumina)-duritatea sa Mohs ajunge la 9,2 (diamantul este 10). Această duritate îl face un „abraziv natural”: multe roți de șlefuit folosite acasă pentru a ascuți cuțitele și foarfecele sunt fabricate din particule negre de carbură de siliciu amestecate cu rășină; șmirghel și discurile de șlefuit din SIC negru sunt, de asemenea, utilizate în mod obișnuit în fabrici pentru prelucrarea pieselor metalice (cum ar fi oțelul inoxidabil și fonta), șlefuirea sticlei și piatra de lustruit-poate îndepărta rapid bavurile și imperfecțiunile de pe suprafața pieselor de prelucrat și nu se uzează ușor.
2. Rezistență la temperaturi ridicate și rezistență la coroziune, acționând ca un „gardian ignifug”
Carbura de siliciu neagră are un punct de topire de până la 2700 de grade și nu se va deforma sau topi chiar și după folosirea pe termen lung-la o temperatură ridicată de 1600 de grade . În plus, nu se teme de acizi sau alcaline, și chiar și acizii și alcalinele puternice au dificultăți să-l corodeze. Aceste proprietăți îl fac un „înveliș de protecție” pentru cuptoare și cazane: pereții interiori ai cuptoarelor de sinterizare din fabricile de ceramică și sobelelor de explozie la cald din fabricile de oțel sunt căptușiți cu un strat de cărămizi refractare din SIC negru, care poate rezista la temperaturi ridicate și reduce pierderile de căldură; unele țevi și supape industriale de-înaltă temperatură sunt, de asemenea, căptușite cu acesta pentru a preveni coroziunea de către gaze sau lichide la temperatură înaltă-.
3. Poate conduce electricitatea și căldura și poate acționa și ca „actor secundar” în electronică.
Spre deosebire de multe materiale ne-metalice (cum ar fi sticla și ceramica), carbura de siliciu neagră este conductivă electric și are o conductivitate termică chiar mai puternică decât fonta-ceea ce îi conferă un loc în domeniul electronicii: în bateriile vehiculelor cu energie nouă, este folosită pentru a face „tampoane conductoare termice” pentru a preveni supraîncălzirea generată de căldură atunci când bateria este condusă rapid; în unele aparate electrice de mare-putere (cum ar fi convertizoarele de frecvență și aparatele de sudură), componentele de disipare a căldurii din SIC negru sunt, de asemenea, utilizate pentru a asigura funcționarea stabilă a echipamentului.
03 Pe lângă șlefuire și rezistență la temperaturi ridicate, ce altceva poate face carbura de siliciu neagră?
Aplicațiile de carbură de siliciu neagră sunt mult mai largi decât vă puteți imagina; poate fi găsit în orice, de la industriile tradiționale până la domeniile emergente.
În industria construcțiilor, amestecarea particulelor negre de SIC în beton poate îmbunătăți rezistența la uzură a drumurilor și podurilor cu peste 30% și, de asemenea, le poate face rezistente la îngheț-. Acest tip de „beton cu carbură de siliciu” este folosit pe autostrăzi în multe regiuni reci din nordul Chinei.
În domeniul mediului, „suportoare ceramice de tip fagure” din carbură de siliciu neagră pot fi instalate în purificatoarele de evacuare auto pentru a ajuta la adsorbția gazelor nocive (cum ar fi monoxidul de carbon și oxizii de azot) în gazele de eșapament.
În domeniul fotovoltaic, pulberea SIC neagră extrem de fină este necesară ca „abraziv” atunci când se prelucrează plachete de siliciu pentru panourile solare fotovoltaice pentru a face napolitanele subțiri și plate, asigurând eficiența generării de energie.
04 Poate carbura de siliciu neagră să devină și mai „puternică” în viitor?
Odată cu progresele tehnologice, SIC-ul negru face progrese în domeniile de „-înaltă precizie”: de exemplu, oamenii de știință cercetează utilizarea carburii de siliciu negre pentru a face „cipuri semiconductoare”, care sunt mai rezistente la căldură-și conduc electricitatea mai rapid decât cipurile tradiționale de siliciu și pot fi utilizate în echipamente de bază de înaltă-G; alții încearcă să transforme SIC negru în „materiale de stocare a energiei” pentru a ajuta la stocarea energiei electrice convertite din energia solară și eoliană, rezolvând problema „dificultății în stocarea” energiei noi.
