Schwarzes Siliziumkarbid: Eigenschaften und Anwendungen
1. Übersicht
Schwarzes Siliziumkarbid (SiC) ist ein synthetisches Keramikmaterial, das durch Erhitzen einer Mischung aus Quarzsand und Petrolkoks in einem elektrischen Widerstandsofen bei hohen Temperaturen (ca. 2200 °C) hergestellt wird. Es ist härter als Aluminiumoxid, aber weniger zäh als Diamant oder Borkarbid.
2. Wichtige Eigenschaften von schwarzem Siliziumkarbid
| Eigentum | Beschreibung |
|---|---|
| Härte | 9,0–9,5 auf der Mohs-Skala (nahe am Diamanten) |
| Schmelzpunkt | ~2700°C (zersetzt sich, schmilzt nicht) |
| Wärmeleitfähigkeit | Hoch (120-200 W/m·K) |
| Chemische Beständigkeit | Beständig gegen Säuren, Laugen und Oxidation |
| Elektrische Leitfähigkeit | Halbleiter |
| Mechanische Festigkeit | Hohe Druckfestigkeit, spröde |
| Dichte | ~3,1 g/cm³ |
| Thermoschockbeständigkeit | Exzellent |
| Farbe | Schwarz/Dunkelgrau durch Verunreinigungen (Eisen, Kohlenstoff) |
3. Anwendungen von schwarzem Siliziumkarbid
A. Schleifmittel und Schleifmittel
Wird in Schleifrädern, Schleifpapier und Schneidwerkzeugen verwendet.
Wirksam für Nichteisenmetalle (Aluminium, Messing), Keramik und Verbundwerkstoffe.
B. Feuerfeste Materialien
Aufgrund seiner hohen thermischen Stabilität eignet es sich für Ofenauskleidungen, Brennhilfsmittel und Tiegel.
Wird in der Stahl- und Glasherstellung verwendet.
C. Metallurgische Anwendungen
Wirkt als Desoxidationsmittel bei der Stahlproduktion.
Wird bei der Eisen- und Stahlveredelung zur Qualitätsverbesserung verwendet.
D. Verschleißfeste Komponenten
Wird in Düsen, Dichtungen und Strahlmitteln zum Sandstrahlen verwendet.
Wird in Pumpenkomponenten angewendet, die der Erosion ausgesetzt sind.
E. Elektronik und Halbleiter
Wird in elektronischen Geräten mit hoher Leistung und hohen Temperaturen (Dioden, LEDs) verwendet.
Substratmaterial für bestimmte Halbleiteranwendungen.
F. Automobil- und Luft- und Raumfahrt
Bremsscheiben und Keramikbremsbeläge (aufgrund der Hitzebeständigkeit).
Leichtbau-Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt.
G. Keramik und Verbundwerkstoffe
Verstärkungsmittel in Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen (CMCs).
Wird in kugelsicheren Panzerungsmaterialien verwendet.
H. Polieren und Läppen
Feine SiC-Pulver werden zum Polieren von Glas, Stein und optischen Komponenten verwendet.
4. Vergleich mit grünem Siliziumkarbid
Schwarzes SiC : Billiger, etwas weniger rein (~97–98 % SiC), wird für allgemeine Schleif- und Feuerfestzwecke verwendet.
Grünes SiC : Höhere Reinheit (>99 %), wird zum Präzisionsschleifen harter Materialien wie Wolframkarbid verwendet.
5. Vorteile und Einschränkungen
✔ Vorteile:
Extreme Härte und Verschleißfestigkeit.
Ausgezeichnete thermische und chemische Stabilität.
Kostengünstiger im Vergleich zu Diamant oder Borcarbid.