كربيد السيليكون الملبد - مادة فائقة يمكنها التعامل مع أي شيء تقريبًا

هل يمكنك التفكير في مادة بصلابة الماس تقريبًا، وتطفو في الماء، وتتحمل الحرارة الحارقة، وتضحك على المواد الكيميائية التي تحاول أن تأكلها، وتحافظ على قوتها مهما ألقيت عليها؟ حسنًا, كربيد السيليكون الملبد هي تلك المادة المذهلة!

تتميز هذه المادة بخصائص مذهلة بحيث يمكنها التعامل مع البيئات والظروف التي يمكن أن تدمر أي شيء آخر يمكن أن تصنع منه الأشياء.

دعونا نتحقق مما يجعل كربيد السيليكون الملبد مميزًا للغاية.

ما هو كربيد السيليكون الملبد؟

كربيد السيليكون الملبدوالمعروف أيضًا باسم سيليكون متكلس أو SSiCيتم تصنيعه عن طريق خلط مسحوق SiC فائق النعومة مع بعض المكونات الخاصة التي تساعده على الالتصاق ببعضه البعض، ووضعه في قالب وطهيه في درجة حرارة عالية جدًا. هذا يدمج المسحوق في مادة صلبة ولكنه لا يذيبه بالكامل. إن عدم وجود أي غراء أو مراحل إضافية هو ما يعطي SiC الملبد مجموعة خصائصه الجامحة.

يحتوي هذا السيراميك على الصلابة يأتي في المرتبة الثانية بعد الألماس. يحتوي على كثافة منخفضة - حوالي 40% من الفولاذ وقريبة من الألومنيوم. السيليكون الملبد يقاوم التآكل و الأكسدة بشكل لا يصدق بفضل الروابط القوية في كربيد السيليكون. كما أنها تتمسك أيضًا بـ القوة و الصلابة حتى في درجات الحرارة العالية جدًا عندما تتحول معظم المواد إلى هريسة.

لماذا تعتبر SiC الملبدة مميزة للغاية؟

دعونا نلقي نظرة على بعض خصائص SiC الملبدة التي تذهل العقل و ما الذي يجعل هذه الأشياء مفيدة جداً:

الأمر صعب للغاية

مع صلابة نوب من 2800 جيجا باسكال، يمكن لكربيد السيليكون الملبد أن يقاوم الخدش أو أي نوع من التآكل أفضل من أي شيء تقريبًا باستثناء الماس. وهذا يعني أنه يصمد لفترة أطول بكثير من المواد الأخرى في الاستخدامات التي ينزلق فيها ويتعرض للخدش أو التآكل بالجسيمات.

الماس هو الشيء الوحيد الأكثر صلابة. تأتي الصلابة السخيفة لـ SiC من الروابط القوية للغاية بين ذرات السيليكون والكربون. هذه الروابط تمسك بإحكام ولا تريد أن تفلت!

خفيف الوزن وقوي في نفس الوقت

على الرغم من تمتعه بقوة تفوق التوقعات, تبلغ كثافة SiC الملبد 3.15 جم/سم مكعب فقط. هذا قريب من الألومنيوم، لذا فإن هذه الأشياء لطيفة وخفيفة!

وهذا يعني أن الأجزاء المصنوعة من SiC الملبد بدلاً من المعادن يمكن أن تكون أخف وزناً بكثير. يمكن أن تدور المعدات الدوارة بشكل أسرع مع انخفاض الوزن. واسمع هذا - تطفو SiC في الواقع في الألومنيوم السائل! لذا فهو رائع لأجزاء المضخات التي يجب أن تتعامل مع المعدن المنصهر.

يقاوم التآكل والأكسدة كالبطل

تحتاج المعادن إلى طبقة أكسيد واقية لمقاومة التآكل. ولكن سيليكون متكلس لا يحتوي على أي روابط أو مراحل إضافية يمكن مهاجمتها. إنه يضحك فقط من التآكل في أي بيئة ترميها عليه.

يحافظ SiC على قوته حتى في الهواء المؤكسد حتى 1650 درجة مئوية! تأتي مقاومته للتآكل والأكسدة من الروابط القوية للغاية بين السيليكون والكربون. فهي لا تريد أن تتفكك وتتأكسد إلا إذا تجاوزت درجات الحرارة العالية للغاية.

يحافظ على قوته حتى في الحرارة الشديدة

إن الروابط التساهمية في SiC تجعله يظل صلبًا وقويًا حتى في درجات الحرارة الشديدة. يحافظ SiC الملبد على قوته الكاملة حتى حوالي 1750°C - هذا أحمر ساخن! على عكس المعادن، لن يضعف أو يتدلى.

إن المعامل العالي من SiC يعني أيضًا أنها لن تتشوه أو تزحف ببطء تحت الأحمال الثقيلة. لذا يمكنك الوثوق به في التعامل مع الضغوط الضخمة في درجات الحرارة العالية. مثالي لأجزاء الأفران والاستخدامات الفضائية!

يتعامل مع الصدمات الحرارية

مع التوصيل الحراري من 125 واط/م كهرومغناطيسيينقل SiC الطاقة الحرارية بسرعة ويمكنه التعامل مع التقلبات السريعة في درجات الحرارة. وهذا يعطي SiC الملبد مقاومة كبيرة للصدمات الحرارية مقارنةً بالسيراميك الآخر.

يمكن أن تؤدي التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة إلى تشقق المواد الهشة بسبب التمدد غير المتساوي. لكن SiC لا يتصدع لأنه يوصل الحرارة بشكل جيد. ويمكنه التكيف مع تقلبات درجة الحرارة دون أي مشكلة.

خصائص SiC الملبد في درجة حرارة الغرفة

فيما يلي بعض الإحصائيات الرئيسية ل SiC الملبد عند درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية):

• الكثافة- 3.15 جم/سم مكعب (خفيف الوزن!)
• الصلابة- 2800 جيجا باسكال (صلبة بجنون!)
• معامل التمزق- 380 ميجا باسكال
• قوة الشد- 250 ميجا باسكال
• قوة الانضغاط- 3900 ميجا باسكال
• معامل المرونة- 410 جيجا باسكال
• التمدد الحراري- 4 × 10^6 بوصة/في درجة مئوية (تمدد منخفض)
• التوصيل الحراري- 125 واط/م كلفن (يوصل الحرارة بشكل جيد)
• نسبة بواسون– 0.16

استخدامات هذه المادة العجيبة

بفضل مزيجها المذهل من الخصائص، فإن كربيد السيليكون الملبد هو الاختيار المثالي للأعمال التي يسبب فيها التآكل والتآكل والحرارة الشديدة مشاكل:

• وجوه الختمفي المضخات تتعامل مع الملاط الكاشطة بسرعة وضغط عاليين. يمكن أن تتحمل موانع تسرب SiC العقاب.
• أجزاء الفرن الحراري العاليمثل الأنابيب والدعامات وأغطية المزدوجات الحرارية. SiC قوي حتى في الأفران الأكثر سخونة.
• بطانات مقاومة للاهتراءللمزالق والقواديس التي تحمل خامات أو مساحيق كاشطة. لن تبلى SiC!
• أجزاء التوربينات الغازيةالتي يجب أن تتحمل الأكسدة، والتآكل، ودرجات الحرارة الجنونية.
• فوهات الشعلاتوالأفران. تقاوم SiC التآكل والحرارة.
• درع من السيراميكالمصنوعة من SiC أخف وزنًا من الدروع المعدنية ولكنها لا تزال توقف الرصاص.
• مكونات مطبوعة ثلاثية الأبعادبأشكال مخصصة ممكنة في SiC.

يشبه كربيد السيليكون الملبد مادة خارقة تضحك في الظروف القاسية. فهي تجمع بين خصائص مذهلة مثل الصلابة الشبيهة بالألماس والكثافة المنخفضة التي تجعلها تدوم في المواقف التي تفشل فيها المواد الأخرى بسرعة. وهذا يجعل من كربيد السيليكون الملبد سيراميكاً قيّماً للغاية للتطبيقات الصعبة.