Jeste li ikada imali ovo iskustvo: vaš kuhinjski nož se otupio nakon duže upotrebe, a kada ga odnesete u željezaru da ga naoštrite, mehaničar koristi crni brusni točak koji se brzo okreće da ga trlja naprijed-natrag; ili u fabrikama, peći koje se koriste za pečenje keramike i topljenje metala, iako su stalno izložene temperaturama iznad 1000 stepeni, retko imaju progorene unutrašnje zidove. U stvari, iza obje ove stvari krije se isti "industrijski sve-svestrani"-crni silicijum karbid.
01 Hajde da shvatimo: Šta je zapravo crni silicijum karbid?
Kao što mu ime govori, osnovne komponente crnog silicijum karbida su "ugljik" i "silicijum", sa hemijskom formulom SiC. U suštini, to je sintetički proizveden neorganski nemetalni materijal. To nije prirodni mineral, već je „pročišćen“ od uobičajenih svakodnevnih materijala: kvarcni pijesak i petrolej koks se pomiješaju u određenom omjeru, doda se mala količina soli, a zatim se „peče“ u otpornoj peći na 1800-2200 stepeni nekoliko dana. Na ovoj visokoj temperaturi, silicijum u kvarcnom pesku i ugljenik u petrolej koksu reaguju, formirajući na kraju crne kristalne čestice - to je crni silicijum karbid.
Zašto je crna? Jer njegova čistoća nije posebno visoka (obično između 95% i 98%), a mala količina zaostalih nečistoća daje mu tamno siv ili crni izgled. Ako se čistoća poveća na preko 99%, postaje još jedan uobičajeni materijal-zeleni silicijum karbid (sa zelenkastom nijansom).
02. "Supermoći" crnog silicijum karbida: Zašto je postao industrijski dragi?
Crni silicijum karbid blista na više polja zahvaljujući svoje tri ključne prednosti, od kojih svaka rešava ključnu bolnu točku u industrijskoj proizvodnji:
1. Izuzetno tvrd, što ga čini neverovatno efikasnim u mlevenju.
Među nemetalnim materijalima u prirodi, crni SIC je samo nešto tvrđi od dijamanta i kubnog borovog nitrida, a čak je tvrđi od korunda (aluminijuma)-njegova tvrdoća po Mohsu dostiže 9,2 (dijamant je 10). Ova tvrdoća ga čini "prirodnim abrazivom": mnoge brusne ploče koje se koriste kod kuće za oštrenje noževa i makaza su napravljene od crnih čestica silicijum karbida pomešanih sa smolom; Brusni papir i brusni diskovi napravljeni od crnog SIC-a se također obično 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 izradaka i nije lako habati.
2. Otpornost na visoke temperature i otpornost na koroziju, djelujući kao "vatrootporni čuvar"
Crni silicijum karbid ima tačku topljenja i do 2700 stepeni, i neće se deformisati ili otopiti čak ni nakon-dugotrajne upotrebe na visokoj temperaturi od 1600 stepeni. Štoviše, ne boji se kiselina ili lužina, a čak i jake kiseline i alkalije ga teško korodiraju. Ova svojstva ga čine "zaštitnim premazom" za peći i kotlove: unutrašnji zidovi peći za sinterovanje u fabrikama keramike i toplih mlaznih peći u čeličanama obloženi su slojem vatrostalne cigle od crnog SIC-a, koji može izdržati visoke temperature i smanjiti gubitak topline; neke visoke{5}}industrijske cijevi i ventili su također obloženi njome kako bi se spriječila korozija od strane-gasova ili tekućina visoke temperature.
3. Može provoditi struju i toplinu, a može djelovati i kao "pomoćni akter" u elektronici.
Za razliku od mnogih nemetalnih materijala (kao što su staklo i keramika), crni silicijum karbid je električno provodljiv i ima čak i veću toplotnu provodljivost od livenog gvožđa-što mu daje mesto u polju elektronike: U baterijskim paketima novih energetskih vozila koristi se za pravljenje "termo provodnih jastučića" kako bi se sprečilo brzo odvođenje baterije od toplote; u nekim-električnim uređajima velike snage (kao što su frekventni pretvarači i aparati za zavarivanje), komponente za rasipanje topline od crnog SIC-a se također koriste kako bi se osigurao stabilan rad opreme.
03 Osim brušenja i otpornosti na visoke temperature, šta još može crni silicijum karbid?
Primjene crnog silicijum karbida su daleko šire nego što možete zamisliti; može se naći u svemu, od tradicionalnih industrija do novih područja.
U građevinskoj industriji, miješanje crnih SIC čestica u beton može poboljšati otpornost puteva i mostova na habanje za više od 30% i učiniti ih otpornim na mraz-. Ova vrsta "silicijum karbidnog betona" se koristi na autoputevima u mnogim hladnim regionima severne Kine.
U polju zaštite životne sredine, "saćasti keramički nosači" napravljeni od crnog silicijum karbida mogu se ugraditi u prečistače izduvnih gasova automobila kako bi pomogli u adsorpciji štetnih gasova (kao što su ugljen monoksid i dušikovi oksidi) u izduvnim gasovima.
U fotonaponskom polju, izuzetno fini crni SIC prah je neophodan kao "abraziv" prilikom obrade silikonskih pločica za solarne fotonaponske panele da bi pločice bile tanke i ravne, osiguravajući efikasnost proizvodnje energije.
04 Može li crni silicijum karbid postati još "moćniji" u budućnosti?
Sa tehnološkim napretkom, crni SIC pravi proboj u "visoko-preciznim" poljima: na primjer, naučnici istražuju upotrebu crnog silicijum karbida za izradu "poluprovodničkih čipova", koji su otporniji na toplinu-i provode struju brže od tradicionalnih silicijumskih čipova, a mogu se koristiti kao}}}u baznoj opremi za vozila kao što je nova energetska stanica{2 budućnost; drugi pokušavaju pretvoriti crni SIC u "materijale za skladištenje energije" kako bi pomogli u skladištenju električne energije pretvorene iz sunčeve energije i energije vjetra, rješavajući problem "poteškoće u skladištenju" nove energije.
