Unter Atmosphärendruck gesintertes Siliciumcarbid ist ein nichtmetallisches Carbid mit kovalenten Bindungen zwischen Silicium und Kohlenstoff. Seine Härte wird nur von Diamant und Borcarbid übertroffen. Die chemische Formel lautet SiC. Es bildet farblose Kristalle, die bei Oxidation oder Verunreinigungen blau bis schwarz erscheinen. Die Verformung von Siliciumcarbid mit diamantartiger Struktur wird allgemein als Schmirgel bezeichnet. Schmirgel besitzt eine ähnliche Härte wie Diamant, ist thermisch stabil und beständig gegenüber wässrigen Hydroxysäurelösungen und konzentrierter Schwefelsäure, jedoch instabil gegenüber Gemischen aus konzentrierter Salzsäure oder Phosphorsäure und Salpetersäure. Es differenziert sich in Alkalien, die unter Hohlraumatmosphäre schmelzen. Man unterscheidet zwischen synthetischem und natürlichem Siliciumcarbid. Natürliches Siliciumcarbid, auch Carbonit genannt, findet sich hauptsächlich in Kimberlit und vulkanischem Amphibolit, ist aber in geringen Mengen vorhanden und daher abbauwürdig.
Industriell unter Atmosphärendruck gesintertes Siliciumcarbid ist ein Gemisch aus α-SiC und β-SiC und kommt in zwei Farben vor: Schwarz und Grün. Reines Siliciumcarbid ist farblos, verunreinigtes Siliciumcarbid ist schwarz, grün, blau oder gelb. Es weist hexagonale und kubische Korngrenzen auf und bildet plättchen- oder säulenförmige Kristalle. Es besitzt Glasglanz, eine Dichte von 3,17 bis 3,47 g/cm³, eine Morsehärte von 9,2 und einen Schmelzpunkt von 30380 bis 33320 MPa. Unter Atmosphärendruck beginnt die Differenzierung, unter Normaldruck bei 2050 K und unter Normaldruck bei 2600 K. Der Elastizitätskoeffizient beträgt 466.480 MPa, die Zugfestigkeit 171,5 MPa und die Druckfestigkeit 1029 MPa. Der lineare Ausdehnungskoeffizient liegt zwischen 5,010 und 6° (25° bis 1000°). Die Wärmeleitfähigkeit beträgt 59 W/(mK). Chemische Stabilität, Kochen in HCl, H2SO4, HF führt nicht zu Erosion.
Je nach Verwendungszweck wird atmosphärisch gesintertes Siliciumcarbid in Schleifmittel, Feuerfestmaterialien, Desoxidationsmittel und elektrisches Siliciumcarbid unterteilt. Der SiC-Gehalt von Schleifsiliciumcarbid muss mindestens 98 % betragen. Feuerfestes Siliciumcarbid wird unterteilt in: (1) Hochwertiges schwarzes Siliciumcarbid mit SiC-Gehalt, der dem von Schleifsiliciumcarbid entspricht. (2) Mittelwertiges schwarzes Siliciumcarbid mit einem SiC-Gehalt von über 90 %. (3) Der SiC-Gehalt in minderwertigen Feuerfestmaterialien beträgt mindestens 83 %. Der SiC-Gehalt in Desoxidationsmitteln muss in der Regel über 90 % liegen. Siliciumcarbid mit einem SiC-Gehalt von über 45 % kann jedoch auch zur Isolierung von Kohlenstoff-Industrie-Graphitöfen und als Desoxidationsmittel in der Stahlherstellung eingesetzt werden. Desoxidationsmittel-Siliciumcarbid ist als Pulver oder in Form von Formblöcken erhältlich. Pulverförmiges Desoxidationsmittel aus schwarzem Siliciumcarbid weist im Allgemeinen eine Partikelgröße von 4 ~ 0,5 mm und 0,5 ~ 0,1 mm auf.
Siliziumkarbid für die Elektroindustrie lässt sich in zwei Hauptkategorien einteilen.
(1) Das für elektrische Heizelemente verwendete grüne Siliciumcarbid ist im Wesentlichen identisch mit dem grünen Siliciumcarbid, das zum Schleifen verwendet wird.
(2) Siliziumkarbid für Überspannungsableiter unterliegt besonderen Anforderungen an die elektrische Funktion, die sich von den Daten für schwarzes Siliziumkarbid zum Schleifen von Feuerfestmaterialien unterscheiden.
Verwendung von unter atmosphärischem Druck gesintertem Siliciumcarbid
Unter Atmosphärendruck gesinterte Siliciumcarbidprodukte weisen besondere Eigenschaften wie hohe Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit, Feuerbeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit sowie hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit auf und finden breite Anwendung in verschiedenen Bereichen der Volkswirtschaft. In China wird grünes Siliciumcarbid hauptsächlich als Schleifmittel eingesetzt. Schwarzes Siliciumcarbid dient zur Herstellung von Schleifsteinen, die häufig zum Schneiden und Schleifen von Materialien mit geringer Zugfestigkeit wie Glas, Keramik, Stein und feuerfesten Werkstoffen sowie zum Schleifen von Gusseisenteilen und Nichteisenmetallen verwendet werden. Schleifmittel aus grünem Siliciumcarbid werden vorwiegend zum Schleifen von Hartmetall, Titanlegierungen und optischem Glas sowie zum Schleifen von Zylinderlaufbuchsen und Schnellarbeitsstahlwerkzeugen eingesetzt. Kubische Siliciumcarbid-Schleifmittel werden ausschließlich zum Ultrapräzisionsschleifen von Miniaturlagern verwendet. Die Verschleißfestigkeit von Turbinenlaufrädern lässt sich durch galvanische Beschichtung mit SiC-Pulver deutlich verbessern. Durch die Anwendung von mechanischem Druck, um das kubische SiC200-Mahlwerk und das W28-Mikropulver an die Zylinderwand des Verbrennungsmotors zu drücken, kann die Zylinderlebensdauer mehr als verdoppelt werden.
Veröffentlichungsdatum: 16. Juni 2023