Heeft u ooit deze ervaring gehad: uw keukenmes wordt na langdurig gebruik bot, en als u het naar de bouwmarkt brengt om het te slijpen, gebruikt de monteur een snel ronddraaiend zwart slijpwiel om het heen en weer te wrijven; of in fabrieken, de ovens die worden gebruikt voor het bakken van keramiek en het smelten van metalen, hoewel ze voortdurend worden blootgesteld aan temperaturen boven de 1000 graden, worden de binnenwanden zelden doorgebrand. In feite schuilt achter beide zaken dezelfde ‘industriële alleskunner’:zwart siliciumcarbide.
01 Laten we het even begrijpen: wat is zwart siliciumcarbide precies?
Zoals de naam al doet vermoeden, zijn de kerncomponenten van zwart siliciumcarbide "koolstof" en "silicium", met de chemische formule SiC. In wezen is het een synthetisch geproduceerd anorganisch, niet-metaalachtig materiaal. Het is geen natuurlijk mineraal, maar eerder "geraffineerd" uit gewone, alledaagse materialen: kwartszand en petroleumcokes worden in een specifieke verhouding gemengd, er wordt een kleine hoeveelheid zout aan toegevoegd en vervolgens wordt het gedurende enkele dagen in een weerstandsoven op 1800-2200 graden "gebakken". Bij deze hoge temperatuur reageren het silicium in het kwartszand en de koolstof in de petroleumcokes, waardoor uiteindelijk zwarte kristallijne deeltjes ontstaan: dit is zwart siliciumcarbide.
Waarom is het zwart? Omdat de zuiverheid niet bijzonder hoog is (meestal tussen 95% en 98%), en de kleine hoeveelheid resterende onzuiverheden het een donkergrijs of zwart uiterlijk geeft. Als de zuiverheid wordt verhoogd tot meer dan 99%, wordt het een ander veelgebruikt materiaal: groen siliciumcarbide (met een groenachtige tint).
02. De ‘superkrachten’ van zwart siliciumcarbide: waarom is het een industriële lieveling geworden?
Zwart siliciumcarbide schittert op meerdere gebieden dankzij de drie kernvoordelen, die elk een belangrijk pijnpunt in de industriële productie aanpakken:
1. Extreem hard, waardoor het ongelooflijk effectief is bij het slijpen.
Van de niet-metalen materialen in de natuur is zwart SIC slechts iets harder dan diamant en kubisch boornitride, en zelfs harder dan korund (aluminiumoxide) - de Mohs-hardheid bereikt 9,2 (diamant is 10). Deze hardheid maakt het tot een "natuurlijk schuurmiddel": veel slijpstenen die thuis worden gebruikt om messen en scharen te slijpen, zijn gemaakt van zwarte siliciumcarbidedeeltjes gemengd met hars; Schuurpapier en slijpschijven gemaakt van zwart SIC worden ook vaak gebruikt in fabrieken voor het bewerken van metalen onderdelen (zoals roestvrij staal en gietijzer), het slijpen van glas en polijststeen. Het kan snel bramen en onvolkomenheden van het oppervlak van werkstukken verwijderen en is niet gemakkelijk versleten.
2. Bestand tegen hoge temperaturen en corrosie, fungeert als een "vuurvaste beschermer"
Zwart siliciumcarbide heeft een smeltpunt van wel 2700 graden en zal niet vervormen of smelten, zelfs niet na langdurig gebruik bij een hoge temperatuur van 1600 graden. Bovendien is het niet bang voor zuren of logen, en zelfs sterke zuren en logen kunnen het moeilijk aantasten. Deze eigenschappen maken het tot een ‘beschermende laag’ voor ovens en ketels: de binnenwanden van sinterovens in keramische fabrieken en heteluchtkachels in staalfabrieken zijn bekleed met een laag vuurvaste stenen gemaakt van zwart SIC, die bestand zijn tegen hoge temperaturen en warmteverlies verminderen; Sommige industriële leidingen en kleppen met hoge temperaturen zijn er ook mee bekleed om corrosie door gassen of vloeistoffen met hoge temperaturen te voorkomen.
3. Het kan elektriciteit en warmte geleiden, en kan ook fungeren als een "ondersteunende actor" in de elektronica.
In tegenstelling tot veel niet-metalen materialen (zoals glas en keramiek) is zwart siliciumcarbide elektrisch geleidend en heeft het zelfs een sterkere thermische geleidbaarheid dan gietijzer, waardoor het een plaats krijgt op het gebied van de elektronica: in de batterijpakketten van nieuwe energievoertuigen wordt het gebruikt om "thermisch geleidende kussentjes" te maken om de warmte die wordt gegenereerd wanneer de batterij werkt snel af te voeren, waardoor wordt voorkomen dat de batterij oververhit raakt; in sommige elektrische apparaten met hoog vermogen (zoals frequentieomvormers en lasmachines) worden ook warmtedissipatiecomponenten van zwart SIC gebruikt om een stabiele werking van de apparatuur te garanderen.
03 Wat kan zwart siliciumcarbide behalve slijpen en hoge temperaturen nog meer doen?
De toepassingen van zwart siliciumcarbide zijn veel breder dan je zou denken; het is te vinden in alles, van traditionele industrieën tot opkomende sectoren.
In de bouwsector kan het mengen van zwarte SIC-deeltjes in beton de slijtvastheid van wegen en bruggen met ruim 30% verbeteren en bovendien vorstbestendig maken. Dit type "siliciumcarbidebeton" wordt gebruikt op snelwegen in veel koude streken van Noord-China.
Op milieugebied kunnen "honingraatkeramische dragers" gemaakt van zwart siliciumcarbide worden geïnstalleerd in uitlaatgasreinigers van auto's om schadelijke gassen (zoals koolmonoxide en stikstofoxiden) in uitlaatgassen te helpen adsorberen.
Op fotovoltaïsch gebied is extreem fijn zwart SIC-poeder nodig als "schuurmiddel" bij de verwerking van siliciumwafels voor fotovoltaïsche zonnepanelen om de wafels dun en vlak te maken, waardoor de efficiëntie van de energieopwekking wordt gegarandeerd.
04 Kan zwart siliciumcarbide in de toekomst nog "krachtiger" worden?
Dankzij de technologische vooruitgang zorgt Black SIC voor doorbraken op het gebied van ‘hoge precisie’: wetenschappers onderzoeken bijvoorbeeld het gebruik van zwart siliciumcarbide om ‘halfgeleiderchips’ te maken, die hittebestendiger zijn en sneller elektriciteit geleiden dan traditionele siliciumchips, en in de toekomst mogelijk worden gebruikt in geavanceerde apparatuur zoals nieuwe energievoertuigen en 5G-basisstations; Anderen proberen van zwarte SIC 'energieopslagmaterialen' te maken om elektrische energie op te slaan die is omgezet uit zonne- en windenergie, waardoor het probleem van de 'moeilijkheid bij het opslaan' van nieuwe energie wordt opgelost.
