Карборунд (материал)

Карбору́нд — торговое^[1] и техническое название синтетического материала состава SiC, по составу и свойствам соответствующего минералу муассанит. Син: карбид кремния. В чистом виде представляет собой бесцветные кристаллы с алмазным блеском, технический продукт — зелёный (98-99% SiC) и чёрный (98% SiC).

К черному карбиду кремния относятся марки 52С, 52С, 54С, 55С, к зелёному — 62С, 63С, 64С.^[2]

Тугоплавок (температура плавления 2830 °C), химически стоек, по твёрдости уступает лишь алмазу и нитриду бора. Используется как абразивный материал и для изготовления деталей химической и металлургической аппаратуры, работающей в условиях высоких температур. Представляет собой широкозонный полупроводник (E_g=2,2÷3,2 эВ, в зависимости от модификации), использование которого перспективно в силовой и СВЧ-электронике в связи с высокими рабочими температурами, электрической прочностью и хорошей теплопроводностью. Широкая запрещённая зона даёт возможность использовать карбид кремния в качестве материала для высокоэффективных светодиодов (см. глобар), охватывающих весь видимый диапазон спектра. Использование карбида кремния в качестве полупроводника в настоящее время только начинается в связи с трудностью получения его высококачественных монокристаллов.

Характеристика материала

Карбид кремния:

Плотность 3,05 г/см³
Состав 93 % карбида кремния
Предел прочности на изгиб 320…350 МПа
Предел прочности на сжатие 2300 МПа
Модуль упругости 380 ГПа
Твердость 87…92 HRC
Трещиностойкость в пределах 3.5 — 4.5 МПа·м1/2,
Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 140—200 Вт/(м·К)
Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 3,5…4,0 К⁻¹⋅10⁻⁶
Вязкость разрушения 3,5 МПа·м1/2

Самосвязанный карбид кремния:

Плотность 3,1 г/см³
Состав 99 % карбида кремния
Предел прочности на изгиб 350—450 МПа
Предел прочности на сжатие 2500 МПа
Модуль упругости 390—420 ГПа
Твердость 90…95 HRC
Трещиностойкость в пределах 4 — 5 МПа·м1/2,
Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 80 — 130 Вт/(м·К)
Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 2,8…4 К⁻¹⋅10⁻⁶
Вязкость разрушения 5 МПа·м1/2

ВК6ОМ:

Плотность 14,8 г/см³
Состав Карбид вольфрама
Предел прочности на изгиб 1700…1900 МПа
Предел прочности на сжатие 3500 МПа
Модуль упругости 550 ГПа
Твердость 90 HRA
Трещиностойкость в пределах 8-25 МПа·м1/2,
Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 75…85 Вт/(м·К)
Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,5 К⁻¹⋅10⁻⁶
Вязкость разрушения 10…15 МПа·м1/2

Силицированный графит СГ-Т:

Плотность 2,6 г/см³
Состав 50 % карбида кремния
Предел прочности на изгиб 90…110 МПа
Предел прочности на сжатие 300…320 МПа
Модуль упругости 95 ГПа
Твердость 50…70 HRC
Трещиностойкость в пределах 2-3 МПа·м1/2,
Коэффициент теплопроводности при 10 °C, 100…115 Вт/(м·К)
Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,6 К⁻¹⋅10⁻⁶
Вязкость разрушения 3…4 МПа·м1/2

Область применения

Па́ры трения в узлах торцевого уплотнения насосных агрегатов используются для перекачки нефтепродуктов, сжиженного газа. Созданы и укомплектованы деталями (крыльчатка, вал, пары трения) из карбида кремния химически стойкие насосы для работы в агрессивных средах. Пары трения из карбида кремния, взамен пропитанных бельтинговых опор в узлах осевых опор погружных насосах

Карбид кремния также используется для изготовления сопел и форсунок для подачи газов в зону плавления стекла и металлов, спекания керамики.

Сопла различных типоразмеров из карбида кремния:
- для пескоструйных установок;
- для высокотемпературных пескоструйных установок (температура песка около 1000 °C), используемых для очистки от нагара труб на предприятиях нефтедобывающей промышленности и нефтепереработки;
для факелов газовых печей, в том числе стекловарочных печей с длительностью непрерывной работы более 2 лет;
Конфузоры различных типоразмеров из карбида кремния для газовых стекловаренных печей для варки хрусталя
Плиты различных типоразмеров из карбида кремния для футеровки печей с рабочей температурой до 1400 °C в воздушной среде и до 2000 °C в вакууме;
В плавильных печах, где сплавляемый материал не реагирует с кремнием или карбидом кремния, карбид кремния заменяет платину и графит;
В индукционных печах по плавлению сплавов для корпусов часов,

тигли из карбида кремния,

В ювелирных изделиях (синтетические кристаллы до 10 карат);
Для изготовления бронепластин, для различных защитных систем;
Считается перспективным материалом полупроводниковой промышленности:
- Используется для производства лазеров;
- Используется в производстве мощных светодиодов (до 9 ватт);
- Активно проходят эксперименты с использованием материала в микроэлектронике;
В качестве абразивов.
наряду с фианитом, используется в ювелирных украшениях, как дешёвый аналог алмаза, причём благодаря высоким показателю преломления и дисперсии по «игре света» муассанит даже превосходит алмаз. Тем не менее, муассанит во много раз дороже фианита и лишь в несколько раз дешевле алмаза.

Примечания

↑ Е. Шведков, Э. Денисенко, И. Ковенский. Карборунд // Словарь-справочник по порошковой металлургии. — Киев: «Наукова думка», 1982. — С. 81.
↑ В.С. Кушнер, А.С. Верещака, А.Г. Схиртлаздзе, Д.А. Негров, О.Ю. Боргунова. Материаловедение / под ред. В.С. Кушнера. — ОмГТУ, 2008. — С. 176. — 232 с. Архивировано 16 марта 2022 года.