Was ist der Unterschied zwischen grünem SiC und schwarzem SiC?
Auf dem riesigen Gebiet der Materialwissenschaften spielt Siliziumkarbid (SiC) als nichtmetallischer Hochleistungswerkstoff mit seinen einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften in vielen Branchen eine wichtige Rolle. Die beiden Hauptarten von Siliziumkarbid sind grünes und schwarzes Siliziumkarbid. Obwohl sie beide zur Grundkategorie α-SiC gehören, weisen sie erhebliche Unterschiede in Herstellungsverfahren, physikalischen und chemischen Eigenschaften und Anwendungsbereichen auf. In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen diesen beiden Siliziumkarbidarten näher untersucht, damit die Leser ihre Eigenschaften und Anwendungen besser verstehen können.
1. Unterschiede im Herstellungsverfahren
Der Herstellungsprozess von grünem Siliziumkarbid ist einzigartig. Dabei werden hauptsächlich Petrolkoks und hochwertige Kieselsäure als Hauptrohstoffe verwendet, Salz als Zusatzstoff hinzugefügt und das Produkt bei hohen Temperaturen in einem Widerstandsofen geschmolzen. Während dieses Prozesses fördert die Zugabe von Salz nicht nur den Kristallisationsprozess des Siliziumkarbids, sondern verbessert auch die Reinheit und Kristallisationsqualität des Produkts erheblich. Im Gegensatz dazu beruht die Herstellung von schwarzem Siliziumkarbid auf einer Kombination aus Quarzsand, Petrolkoks und hochwertiger Kieselsäure, die ebenfalls bei hohen Temperaturen in einem Widerstandsofen geschmolzen wird, jedoch ohne Zugabe von Salz. Daher ist die Herstellung von grünem Siliziumkarbid aus Sicht des Rohstoffverhältnisses und des Prozesses komplexer und anspruchsvoller, was auch die Grundlage für seine spätere Leistungsfähigkeit legt.
2. Unterschiede bei den physikalischen und chemischen Eigenschaften
: Was die physikalischen und chemischen Eigenschaften betrifft, weisen sowohl grünes als auch schwarzes Siliziumkarbid eine extrem hohe Härte und mechanische Festigkeit auf. Ihre Härte liegt zwischen der von Korund und Diamant und übertrifft die von gewöhnlichen Metallmaterialien bei weitem. Allerdings ist die Kristallreinheit von grünem Siliziumkarbid höher, was ihm bei bestimmten Eigenschaften Vorteile verschafft. Beispielsweise sind die Zugfestigkeit und die Druckfestigkeit von grünem Siliziumkarbid sehr hoch, sogar um ein Vielfaches höher als bei hochfestem Stahl, und es weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf. Gleichzeitig weist grünes Siliziumkarbid auch eine ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit auf, sein Schmelzpunkt liegt bei über 2700 °C und es kann auch in Hochtemperaturumgebungen stabile physikalische und chemische Eigenschaften beibehalten. Darüber hinaus weist grünes Siliziumkarbid auch eine ausgezeichnete chemische Stabilität auf und kann der Erosion durch eine Vielzahl starker Säuren, starker Basen und organischer Lösungsmittel standhalten, wodurch es breite Anwendungsaussichten in der chemischen Industrie, der Elektronik, der Medizin und anderen Bereichen bietet.
Im Gegensatz dazu weist schwarzes Siliziumkarbid zwar auch die Eigenschaften einer hohen Härte, hohen Festigkeit und hohen Verschleißfestigkeit auf, seine Zähigkeit ist jedoch etwas höher als die von grünem Siliziumkarbid, was bis zu einem gewissen Grad seine Selbstschärfung während der Verarbeitung beeinträchtigt. Schwarzes Siliziumkarbid hat jedoch eine mäßige Dichte (etwa 3,15–3,21 g/cm³), eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine gute Oxidations- und Strahlungsbeständigkeit. Diese Eigenschaften führen dazu, dass es häufig in Aluminiumoxidöfen, Rosten und feuerfester Keramik verwendet wird. Es wird häufig in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Oxidation verwendet.
3. Unterschiede in den Anwendungsbereichen
Aufgrund der unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften haben grünes Siliziumkarbid und schwarzes Siliziumkarbid auch unterschiedliche Anwendungsbereiche. Grünes Siliziumkarbid wird aufgrund seiner hohen Reinheit, hohen Härte und hervorragenden mechanischen Eigenschaften häufig zum Präzisionsschleifen und Kristalldrahtschneiden von Hartmetall, Quarzglas, optischem Glas und anderen Materialien verwendet. Insbesondere im Bereich der Halbleitermaterialverarbeitung ist grünes Siliziumkarbidpulver ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung von monokristallinen und polykristallinen Silizium-Schneidwafern. Seine Korngröße und Reinheit wirken sich direkt auf die Schnittqualität und -effizienz aus. Darüber hinaus wird grünes Siliziumkarbid aufgrund seiner guten Hochtemperaturbeständigkeit und chemischen Stabilität in Hochtemperatur- und stark korrosiven Umgebungen wie Luft- und Raumfahrtmotoren, Gasturbinen und chemischen Geräten verwendet. Schwarzes Siliziumkarbid
eignet sich aufgrund seiner hohen Zähigkeit und guten Verschleißfestigkeit gut zum Schleifen von Legierungen, Keramik, Marmor, Jade und anderen Materialien. Gleichzeitig wird schwarzes Siliziumkarbid auch zur Herstellung von hochharten, verschleißfesten Werkzeugen und Teilen wie Schleifmitteln, Schleifrädern, Trennscheiben usw. verwendet. Im Bereich der Keramik kann schwarzes Siliziumkarbid mit anderen Keramikmaterialien kombiniert werden, um Hochleistungs-Verbundkeramikmaterialien herzustellen, die spezifischen technischen Anforderungen gerecht werden. Darüber hinaus wird schwarzes Siliziumkarbid auch häufig in feuerfesten Materialien, der Luft- und Raumfahrt, dem Automobilbau und anderen Bereichen verwendet.
4. Preis- und Markttrends
Die Preise von grünem Siliziumkarbid und schwarzem Siliziumkarbid werden von zahlreichen Faktoren wie Marktnachfrage, Herkunft, Qualität usw. beeinflusst und schwanken stark. Generell ist der Preis relativ hoch, da der Herstellungsprozess von grünem Siliziumkarbid komplexer ist und die Produktleistung besser ist. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie und der Senkung der Produktionskosten steigt jedoch auch die Wettbewerbsfähigkeit von grünem Siliziumkarbid auf dem Markt. Gleichzeitig sind die Marktaussichten für grünes Siliziumkarbid und schwarzes Siliziumkarbid mit der weltweit steigenden Nachfrage nach Hochleistungsmaterialien sehr gut.
5. Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass grünes Siliziumkarbid und schwarzes Siliziumkarbid als die beiden Hauptarten von Siliziumkarbid erhebliche Unterschiede in Bezug auf Herstellungsprozess, physikalisch-chemische Eigenschaften und Anwendungsbereiche aufweisen. Grünes Siliziumkarbid nimmt aufgrund seiner hohen Reinheit, hohen Härte und hervorragenden mechanischen Eigenschaften eine wichtige Position in der Halbleitermaterialverarbeitung, bei Hochtemperaturgeräten und anderen Bereichen ein; während schwarzes Siliziumkarbid aufgrund seiner hohen Zähigkeit und Verschleißfestigkeit eine wichtige Rolle in Legierungen, Keramiken und anderen Materialien spielt. Spielt eine wichtige Rolle beim Schleifen. In Zukunft werden mit dem kontinuierlichen Fortschritt von Wissenschaft und Technologie und der kontinuierlichen Erweiterung der Anwendungsfelder die Eigenschaften von grünem Siliziumkarbid und schwarzem Siliziumkarbid stärker erforscht und angewendet und tragen stärker zur Entwicklung der Materialwissenschaft bei.