خواص منحصر به فرد پودر کاربید سیلیسیوم و کاربید بور
پودر کاربید سیلیسیوم و کاربید بور به دلیل داشتن خواص منحصربه فرد، کاربرد گسترده‌ای در صنعت دارند.
پودر میکرونیزه کاربید سیلیکون (SiC) به عنوان ساینده یا پرکننده (فیلر) در کارخانه‌های فرآوری سرامیک، چرخ‌های پالیش رزین، چرخ‌های پالیش الماسه، استفاده می‌شود. پودر میکرونیزه SiCبه دلیل خواص عالی آن مانند سختی و مقاومت بالا، مقاومت در برابر سایش و اکسیداسیون و نیز کاربردهای آن در تولید مواد نسوز، مهندسی سرامیک و مواد تولید مواد ساختاری به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. به دلیل خاصیت شیمیایی و فیزیکی خاص کاربید سیلیکون، پودر میکرونی کاربید سیلیکون صنعتی فعلی عمدتا برای ساینده‌ها استفاده می‌شود. برای تولید این ماده از کوره‌های گرافیت‌سازی اچسون استفاده می‌شود که در آن کک و اکسید سیلسیم واکنش داده و کاربید سیلسیم تشکیل می‌شود.
کاربید سیلسیوم
کاربید سیلیسیم، سیلیکون کارباید با فرمول شیمیایی SiC، یکی از مواد دیرگداز و نیمه رسانا است که به‌صورت خام در طبیعت وجود ندارد. این ماده به‌صورت مصنوعی ساخته (سنتز) می‌شود. کاربرد آن در ساخت محصولات دیرگداز و ساینده‌ها است. سیلیسیم کاربید، در دو نوع مشکی و سبز رنگ رواج دارد. رنگ سیاه آن ترد با لبه‌های تیز است که برای ساخت کاغذهای سنباده و چرخ‌های ساینده استفاده می‌شود. رنگ سبز آن برای ساخت ابزار‌آلات سایشی و پولیش کردن مواد غیرفلزی استفاده می‌شود.
پودر سیلیسیوم کاربید مصنوعی از سال ۱۸۹۳ به صورت انبوه برای استفاده به عنوان ساینده، تولید می‌شود. پودر کاربید سیلیسیم را می‌توان با تف جوشی به یکدیگر متصل کرد و سرامیک‌های بسیار سختی را ساخت که به طور گسترده‌ای در کاربردهایی که نیاز به تحمل بالا دارند، مانند ترمز اتومبیل، کلاچ اتومبیل و صفحات سرامیکی جلیقه‌های ضد گلوله استفاده می‌شود.
این محصولات در کوره بلند، دستگاه‌های اسیدشویی، کوره قائم مس کاتدی، انواع نازل‌ها و کوره‌های ذوب فلزات و ساب زدن سنگ‌های مرمریت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کاربید سیلیسیم دارای ساختار کریستالی هگزاگونال یا مکعبی است. چگالی این ماده برابر 3/21 گرم بر سانتی‌متر مکعب است و دارای مقاومت شیمیایی بالا و مقاومت الکتریکی پایینی است. سختی این ماده در مقیاس موس، بین کوراندوم و الماس است. کاربید سیلیسیم می‌تواند بدون بروز دادن تغییرات شیمیایی و فیزیکی قابل توجه، تا دمای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس را نیز تحمل کند.
سنتز سیلیسیم کاربید با استفاده از روش موسوم به فرایند اچسون صورت می‌گیرد. مواد اولیه این فرایند عبارتند از ماسه سیلیسی و زغال کک. این فرایند در دمای ۲۳۰۰ درجه سانتی‌گراد و با استفاده از جریان الکتریسیته اتفاق می‌افتد. تولید هر کیلوگرم سیلیسیم کاربید، به ۱۵ کیلووات ساعت انرژی الکتریکی نیاز دارد.
مواد اولیه فرایند سنتز سیلیسیم کاربید ماسه سیلیسی و کک است که طی یک جریان الکتریسته اتفاق می‌افتد. این ماده در طبیعت فقط در مقدار کمی در شهاب سنگ‌ها و در رسوب‌های سنگ تراشی وجود دارند.
سیلیسیم کاربید در صنعت فولادسازی به عنوان اکسیژن قلیایی برای تولید فولاد با هدف تامین سوخت کاربرد دارد. استفاده از این ماده در تولید فولاد دارای فواید زیراست:
- افزایش مقدار ذوب بیشتر آهن قراضه در کوره
- افزایش دمای تخلیه فولاد
- تنظیم مقدار سیلیسیم و کربن
- تولید فولاد تمیزتر
- ارزان تر بودن نسبت به نمونه‌های مشابه
- کم بودن میزان انتشار آلاینده‌های آن
- داشتن محتوای گازی کم
- پایین نیاوردن درجه حرارت فولاد
کاربید بور
كاربيدبور (B4C) ماده‌ای كريستالي تيره مايل به سياه است كه پس از الماس و نيتريد بور مكعبي، سخت‌ترين ماده شناخته شده است. كاربيدبور ديرگداز بوده و نقطه ذوب و جوش بالايي دارد. دانسيته اين ماده در مقايسه با ساير سراميك‌ها پايين است. به دليل وجود پيوند كووالانت درون شبكه كريستالي، اين ماده از استحكام بالايي برخوردار بوده و سختي و استحكام آن در اتمسفر خنثي تا °C 1500، دچار كاهش نمي‌شود. به دليل خواص فوق‌العاده کاربید بور، این ماده کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف و از جمله در ساخت ساینده‌ها و ابزار برش دارد.
کاربید بور متعلق به گروه مهمی از مواد سخت غیرفلزی شامل آلومینا، کاربید سیلیسیم، نیترید بور مکعبی و الماس است. این ماده پس از الماس و نیترید بور مکعبی سخت‌ترین ماده در بین مواد موجود است. سرامیک‌های ساخته شده از کاربید بور به دلیل داشتن خواص فوق‌العاده‌ای مانند سختی بالا، نقطه ذوب بالا، مقاومت پوششی عالی و دانسیته پایین قابلیت زیادی برای کاربرد به عنوان بسیاری از سرامیک‌های سازه‌ای از دمای محیط تا درجه حرارت‌های بالا دارند. این سرامیک‌ها در زمینه‌های مکانیکی، شیمیایی و هسته‌ای به کار می‌روند که از مهم‌ترین کاربردهای مکانیکی این ماده می‌توان ساینده‌ها، ابزار برش، زره‌های سرامیکی و جلیقه‌های ضد گلوله برای حفاظت اتومبیل، هواپیما، تانک و فرد در مقابل گلوله‌های نافذ را نام برد.
کاربید بور یک ماده خام مهم برای تولید سایر بوریدها و شیمی بور است. این ماده در فرآیند بورنایزینگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده در کنار گرافیت به عنوان ترموکوپل برای اندازه‌گیری درجه حرارت‌های بالاتر از 2500 درجه کالری به کار گرفته می‌شود. با توجه به هزینه اقتصادی بالا برای ساخت کاربید بور از یک طرف و اهمیت استراتژیبکی آن از طرف دیگر تهیه این پودر به سختی و با هزینه‌های گزاف انجام می‌گیرد. لذا سنتز این پودر در داخل کشور می‌تواند از اهمیت به سزایی برخوردار باشد.
منبع: برگرفته از کتاب جامع از نفت تا گرفت؛ مسئله الکترودگرافیتی
