zob nik چهارشنبه 12 مهر 1396 09:21 ق.ظ نظرات ()

سیلیکون چیست؟

پلی‌ارگانوسیلوکسان‌ها را سیلیکون می‌نامند.

پلی‌ارگانوسیلوکسان به پلیمرهای معدنی ای گفته می‌شود که در زنجیرهٔ اصلی آنها به جای اتم‌های کربن، پیوندهای O-Si-O قرار گرفته و زنجیره‌های جانبی آنها آلی باشد.پرکاربردترین پلیمر از این دسته پلی (دی‌متیل‌سیلوکسان) است؛ که در ساختمان آن به هر اتم سیلسیم دو گروه متیل متصل است.فردریک کیپینگ کاشف سیلیکون است. زمانی که می‌خواست پلاستیک تولید کند، به جای استفاده از ترکیبان کربن، از زنجیره سیلیسیم استفاده کرد که به صورت اتفاقی خانواده سیلیکون‌ها را کشف کرد.سیلیکون به صورت جامد یا مایع وجود دارد که در مقابل حرارت و بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم است. سیلیکون ها پلیمرهایی مصنوعی هستند که عمدتا از ترکیب سیلیسیم، کربن هیدروژن و اکسیژن بدست می آیند.

سیلیکون ها ترکیباتی مصنوعی هستند با تنوع زیاد در شکل و کاربرد، معمولا مقاوم در برار حرارت و لاستیکی شکل هستند.

Silicon : اتم سلیسیم با نماد Si در جدول تناوبی که عنصری شیمیایی از خانواده شبه فلز ها می باشد.

Silicon Dioxide : دی اکسید سیلیسیم که به سیلیس معروف می باشد که ترکیب اکسیژن با سیلیسیم باعث اکسیده شدن آن گردیده است. سیلیس 27 درصد جرم پوسته کره زمین را تشکیل می دهد که در طبیع به صورت ترکیب هایی مانند ماسه ها، ماسه سنگ ها، بلور های کوارتز و کربنات کلسیم مشاهده می شوند.

سیلیکون ها انواع و کاربردهای متفاوت آن: 

- لاستیک سیلیکون یا سیلیکون لاستیکی (در قالب گیری و قالب ریزی از این نوع سیلیکون استفاده می شود)

- روغن سیلیکون

- گریس سیلیکون

- رزین سیلیکون

- سیلیکون درزگیری

خواص سیلیکون ها

خواص سیلیکون ها به طور کلی عبارت است از:

1 .چسبندگی بسیار خوبی دارند و برخی به طور طبیعی ، چسب می‌باشند.

2.سیلیکون ها بهترین رهاساز قالبی هستند. روغن سیلیکون به‌عنوان رهاساز قالب به کار می‌رود،

3.مقاومت سیلیکون ها در برابر شرایط جوی بسیار خوب است. نور فرابنفش ، ازن ، آب و ... حتی برای مدت ده سال هم  روی آن ها بی‌اثرند.

4- قارچ ها می‌توانند روی لاستیک های سیلیکون رشد کنند. اما باشوینده‌های قوی از بین می‌روند. در فرمولبندی‌های جدید ، سیلیکون های مقاوم در برابر قارچ هم تولید می‌شوند.

سیلیکون کارباید چیست؟

سیلیکون کارباید یکی از مهمترین سرامیک های غیراکسیدی است که کاربردهای صنعتی مختلفی دارد؛ که این موضوع به دلیل خواص منحصر به فرد آن مثل سختی و استحکام بالا، پایداری شیمیایی و حرارتی، نقطه ذوب بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون، مقاومت در برابر سایش و ... است. همه ی این ویژگی ها سبب شده است تا سیلیکون کارباید بهترین انتخاب در ابزارهای الکترونیکی با توان بالا و در دمای بالا و ابزارهای برش و سایش باشد. همچنین به عنوان ماده اولیه برای ساخت قطعات دیرگداز مثل آجرهای نسوز، برخی از کاشی ها و اجزای گرم کننده مثل المنت ها کاربرد دارد. همچنین از این ماده برای کربن زدایی و سیلسیسم زدایی آهن و فولاد استفاده میشود.

روش تولید SiC:

پودر SiC غالباً از طریق روش سنتی و قدیمی Acheson تولید می شود. این روش مبتنی بر واکنش مخلوطی از کک خام نفتی و ماسه سنگ است که در کوره های قوس الکتریکی در دمای 2500 درجه سانتیگراد و با استفاده از دو الکترود گرافیتی انجام می ­شود. به دلیل دمای بسیار بالای مورد نیاز در این روش، محصول فرآیند Acheson نوع SiC-α است که ساختار هگزاگونال یا رومبوهدرال را دارد. معمولاً SiC به صورت یک قطعه ی بزرگ تشکیل می شود که در مراحل بعدی با استفاده از سنگ شکن شکسته، خرد و آسیاب میشود و در اندازه ها و گریدهای تجاری مختلف تقسیم بندی می شود. برای تولید SiC ریزتر، ریزترین گریدی که از فرآیند Acheson بدست می آید را تا چند روز آسیاب می کنند و سپس تحت فرآیند اسیدشویی ناخالصی های فلزی آن را خارج میکنند. همچنین گریدهای ریزتر SiC را می توان با استفاده از واکنش یک مخلوط پودر ریز سیلیکا و کربن در دماهای پایین تر و برای دوره های زمانی کم ­تر بدست آورد و سپس به منظور جلوگیری از رشد دانه ها، کوئنچ نمود. با این حال این محصول آگلومره است و نیاز به آسیاب مجدد برای شکسته شدن آگلومره ها (توده ها) و کاهش اندازه ذرات دارد.

معمولاً برای کاربردهای ساینده و دیرگداز SiC را از این روش بدست می آورند. نکته ی قابل توجه در این روش این است که اندازه ی ذرات مواد اولیه باید حداکثر 10 میلی متر باشد.  علاوه بر این مواد اولیه در این روش، خاک اره و برخی از نمک های معمولی نیز به منظور افزایش تخلخل در مخلوط و همچنین خروج راحت تر مونواکسید کربن اضافه می ­شود.  در این روش، فرآیند شدیداً گرماگیر است و به ازای تشکیل هر یک کیلوگرم SiC، 618 کیلوژول بر مول گرما که معادل 28/4 کیلووات ساعت انرژی الکتریکی مصرف میشود. کوره های مناسب برای این فرآیند 25 متر طول، 4 متر عرض و 4 متر ارتفاع دارند و برای 130 ساعت در حدود 5000 تا 25000کیلو ولت آمپر (بسته به اندازه کوره) انرژی مصرف میکنند.

همچنین به جای پودر SiO2 می توان  از پودر SiO (مونوکسید سیلیکون) استفاده کرد و با مخلوط کردن آن با کربن نانو و حرارت دادن آن در دماهای متوسط، پودر نانوکریستال SiC با اندازه ذرات 20 تا 100 نانومتر بدست آورد. مشخصات و خصوصیات پودر SiC مثل اندازه، شکل، شیمی سطح تاثیرات عمیقی در فرآیندهای بعدی متراکم کردن پودر SiC میگذارد. به همین منظور ممکن است فرآیندهای اضافه ای (مثل؛ اضافه کردن کمک ذوب ها برای دستیابی به بالاترین دانسیته در زینترینگ بدون فشار) برای فرآوری این پودر احتیاج باشد.

نام تجاری کاربید سیلیسیم، کربوراندم می باشد. کاربید سیلیسیم بر حسب رنگ دانه به دو گروه تقسیم می شود:

کاربید سیلیسیم سیاه: این ساینده سیاه رنگ بوده و لبه های برنده­ای دارد. برای سایش چدن از آن استفاده می شود. به دلیل بالا بودن میزان ناخالصی از آن برای ساخت قطعات ساینده با باند رزینی استفاده می شود.

کاربید سیلیسیم سبز: این نوع خلوص بالایی دارد و برای ساخت ساینده های اتصالی با باند شیشه ای از آن استفاده می­شود.

                                      سیلیکون                               سیلیکون

لمات کلیدی:ذوب فلزات قیمتی,کوره ذوب طلا,کوره برقی,کوره ذوب فلزات گرانبها، کوره ذوب فلزات، کوره ذوب طلا، کوره ذوب نقره، کوره برقی، کوره برقی ذوب فلزات، کوره برقی طلا، کوره برقی نقره، کوره ذوب قابل حمل، بوته ذوب فلزات، کوره , کوره ذوب فلزات گرانبها , کوره ذوب طلا , ذوب طلا , کوره الکترونیکی، ذوب نیک, کوره ذوب طلا,کوره المنتی,ذوب فلزات قیمتی.


ساخت محصولات SiC:

همانند تکنیک های متالورژی پودر، پودر SiC را با استفاده از روش های پرس گرم، پرس گرم ایزواستاتیک، زینترینگ بدون پرس و یا حتی ریخته گری دوغابی می توان شکل دهی کرد. زینترینگ پودر SiC نیازمند کمک زینترها (مثل بور و کربن) و گرمایش در دماهای بسیار بالاست.  کربن به منظور خارج کردن اکسیژن موجود در روی سطح که به صورت یک فیلم SiO2 بر روی ذرات SiC قرار دارد؛ افزوده می شود. از طرف دیگر بور، به منظور جلوگیری از رشد دانه ها در دماهای پایین قبل از رسیدن به نقطه ­ی زینترینگ اضافه می شود. بسته به دمای زینترینگ و مشخصات پودر SiC می توان به دانسیته ی تئوری 97% دست یافت. از دیگر کمک زینترها میتوان به اکسیدهایی مثل آلومینا، زیرکونیا و ایتریا اشاره کرد. با استفاده از این کمک ذوب ها، فازهای اکسیدی در دماهای نسبتاً پایین تری ذوب می شوند و جریان یابی ذرات SiC را افزایش می دهند؛ در نتیجه انقباض و متراکم شدن را بهبود می بخشند. با این حال به دلیل حضور فاز مایع، این روش برای کاربردهای دما بالا محدودیت هایی دارد.

فیبرهای SiC را می توان از طریق پیرولیز (تجزیه­ ی حرارتی) پلیمرهای اورگانوسیلیکون مثل پلیکربوسیلان که به صورت تجاری در دسترس است؛ تولید کرد. به طور مختصر فرآیند شکل دهی فیبرهای SiC شامل ذوب چرخشی پلی کربوسیلان ها در دمای تقریباً 300 درجه سانتی گراد است.

روش دیگری که برای تولید فیبرهای SiC وجود دارد استفاده از روش CVD است. در این روش SiC از طریق فاز گازی بر روی یک زیرلایه از جنس تنگستن رسوب داده می شود. این فیبرها به دلیل خلوص و استوکیومتری بالاتر، قوی تر هستند و پایداری حرارتی بالاتری دارند.

 ویسکرزهای SiC که تقریباً تک کریستال هستند، از روشهای مختلفی تولید میشوند مثل گرمایش سبوس برنج، واکنش سیلان ها، واکنش سیلیکا و کربن  و تصعید پودر SiC. در برخی از روش ها از یک جزء سوم مثل آهن به عنوان کاتالیزور استفاده می کنند. این مواد علاوه به منظور رسوب دهی راحت تر کریستال های SiC در فرآیند اضافه می شوند. قطر ویسکرزهای تشکیل شده در حدود چند میکرون و ارتفاع آن ها در حدود چند صد میکرون است. به دلیل خواص خوب مکانیکی از ویسکرزها برای تقویت کامپوزیت های زمینه ی فلزی و سرامیکی در کاربردهایی که استحکام و چقرمگی شکست اهمیت دارد، استفاده می کنند.

سیلیسیم کاربید به دو فرم وجود دارد:

یکی با بایندر فعال (reaction bond) ودیگری زنیته شده.هر دو نوع این ماده بسیار سخت هستند و رسانایی گرمایی بالایی دارند. این مسئله باعث شده است تا از آن درجاهای با شرایط سخت استفاده شود.

سیلیسیم کاربید برای کاربردهای ساینده:

سیلیسیم کاربید مشکی رنگ

نوع سیاه این ماده ترد است و دانه هایی با لبه های تیز دارد. چرخ های ساینده وکاغذ سنباده های ساخته شده از سیلیسیم کاربید مشکی برای سایش مواد فلزی وغیر فلزی با استحکام کششی پایین مانند چدن خاکستری ، آلومینیوم ، موادسنگی، چرم ولاستیک مناسب است.

سیلیسیم کاربید سبزرنگ

سیلیسیم کاربید سبز رنگ برای ساخت ابزار آلات سایشی مورد استفاده برای آلیاژهای تیتانیم، کاربید سمنتدها وفولاد تندبرمناسب است. همچنین از آن می توان برای پولیش کردن مواد غیر فلزی مانند شیشه و سرامیک استفاده کرد.

کاربردهای سیلیسیم کاربید در صنعت دیرگداز:

سیلیسیم کاربید با بایندر فعال (Reaction bonded silicon Carbide) که به اختصار آن را RBSC می نامند، دارای خواص خوبی در دماهای بالااست. ومی توان از آن در کاربردهای دیگر استفاده کرد . مواد سیلیسیم کاربیدی دارای مقاومت به ایروژن وسایش خوبی هستند از این رو از آن درکاربردهای متنوعی مانند فازل های اسپرسی کننده(Spray nazzles) ، نازل های شات بلست ( Shat blast nazzles ) واجزای سیلیکون (Cyclone Component) استفاده نمود.

نازل های مشعل ساخته شده از سیلیسیم کاربید:

سری مشعل ساخته شد از کربوفراکس زنیته شده یک نوع مشعل مناسب برای کوره های با بستر متحرک (roller bed kiln)، کوره های تونلی وکوره های شاتلی و.... است. ویژگی های مهم این نوع مشعل عبارتند از : شدت بالا ، عدم به وجود آمدن دوده، طول عمر بالا وعدم ترک برداشتن . این نوع مشعل ها برای کوره های صنعتی که با گاز طبیعی ، گاز مایع ، گاز زغال سنگ و گازوئیل کارمی کنند مناسب هستند و از این رو در صنایعی مانند سرامیک ، شیمیایی ، شیشه ، متالوژی و... کاربرد دارد.

 

 نازل های اسپری کننده ی سیلیسیم کاربیدی:

نازل های اسپری کننده ی تولید شده از Sic دارای دو گروه عمده هستند. که این گروه های شامل بیش از ده نوع محصول متنوع اند. این نازل ها د رادوات سولفات زدائی که در کارخانجات تولید برق و بویلرهای بزرگ استفاده می شوند. کاربرد دارند. ویژگی های مهم این نوع نازل ها عمر مفید بالای آنهاست. وبا جایگزینی آنها درجاهای مهم تکنولوژی های داخلی مشکلات موجود مرتفع گشته است.

 کاربرد سیلیسیم کاربید در الکترونیک قدرت:

خواص فیزیکی والکتریکی سیلیسیم کاربید باعث شده است تا این ماده بهترین ماده ی رسانا برای دمای بالا ووسایل الکترونیکی ولتاژ قوی وفرکانس بالا باشند. خواص سیلیسیم کاربید باعث شده تا این ماده بهترین ماده ی نیمه رسانای مورد استفاده در وسایل الکترونیکی باشد که با ولتاژهای بالا کار می کند و این ماده رسانایی گرمایی بالایی دارد. ومی تواند دربرابر میدان های بزرگ ایستادگی کرده وهمچنین دارای نشت جریان بسیار پایینی در دماهای بالاست.

به هر حال درگذشته تولید سیلیسیم کاربید با مشکلات اقتصادی روبرو بوده وتهیه ی سیلیسیم کاربید با کیفیت بالا مقدور نبود. اما امروزه با تلاش تولید کنندگان وسایل پیچیده ای از این نوع نیمه رسانا تهیه شده است.

اندازه ی ویفرهای تهیه شده از این مواد یکی از فاکتورهای محدود کننده ی اقتصادی درتولید وسایل الکترونیکی سیلیسیم کاربیدی است. در ابتدا ویفرهای تهیه شده دارای اندازه ی 2 اینچ بودند که اخیراً ویفرهای 3 اینچی نیز ساخته شده است. اندازه ی بزرگتر ویفرهای سیلیسیم کاربیدی باعث افزایش توان عملیاتی یک نیمه رسانا می شود. واین مسئله تولید کنندگان را قادر می سازد تا هزینه ی ثابت خود را بر روی حجم بیشتری از محصولات پایانی پخش کنند. برای مثال یک ویفر 4 اینچی دارای مساحت سطی است که 78% نسبت به یک ویفر سیلیسیم کاربیدی 3 اینچی بیشتر است .که این مسئله باعث اقتصادی شدن فرآیند تولید می شود.

موارد استفاده :

از این ماده بعنوان ساینده در سنباده ها استفاده می شود. در صنعت الکترونیک نیز از این سرامیک بهره می برند، من جمله ال ای دی (LED) و در رادیوهای قدیمی بعنوان دیتکتور استفاده می شده است و امروزه به طور وسیع در نیمه­رسانا های دما/ ولتاژ بالا به کار می رود. در صنایع هوافضا، زیورآلات، کاتالیزورها، انواع فیلامنت ها، در تولید گرافن و ... نیز از این ماده استفاده می کنند. دمای تصعید بالای آن (2700 درجه سانتیگراد) باعث شده در قطعات و بدنه ی کوره نیز از این ماده استفاده شود. در ابتدا این نوع پوشش برای محافظت فلز یا ماده زمینه در برابر محیط های شیمیایی مهاجم استفاده می شد. غالباً به صورت کامپوزیت و چند لایه با سایر پوشش ها اعمال می­شود.

روش­های ایجاد پوشش :

به روش های PVD (Physical Vapor Deposition) و CVD (Chemical vapor Deposition) قابل ایجاد است که بسته به ضخامت و خواص مورد نیاز قابل تعیین است.

در روش CVD یک لایه ی تقریباً خالص و بلوری شکل خوب قابل دستیابی است. مواد اولیه جهت انجام واکنش شیمیایی نیز شامل ترکیبات سیلیکونی آلی فرّار مانند متیل تری کلرسیلان (methyltrichlorsilane) می باشد. بسته به کیفیت پیش ماده ی پوشش و دما و فشار جزئی محفظه واکنش ضخامت و خواص پوشش قابل تغییر است.

خواص پوشش :

پوشش سیلیکون کارباید سبب افزایش مقاومت در برابر ضربه، بهبود مقاومت شیمیایی، و در مورد مواد گرافیتی سبب افزایش پایداری در مقابل اکسیداسیون می گردد.

سیلیکون کارباید یا SiC به عنوان پوششی برای جلوگیری از خوردگی و سایش استفاده می شود که ثبوت آن در دماهای بالا، باعث استفاده آن در شرایط شدید می شود. ساختار این پوشش، بلوری و متشکل از سیلیکون و کربن تتراهدرال است که همین امر باعث به وجود آمدن خواص مقاومت به خوردگی و همچنین خواص مکانیکی بسیار خوبی در این پوشش می شود.

لمات کلیدی:ذوب فلزات قیمتی,کوره ذوب طلا,کوره برقی,کوره ذوب فلزات گرانبها، کوره ذوب فلزات، کوره ذوب طلا، کوره ذوب نقره، کوره برقی، کوره برقی ذوب فلزات، کوره برقی طلا، کوره برقی نقره، کوره ذوب قابل حمل، بوته ذوب فلزات، کوره , کوره ذوب فلزات گرانبها , کوره ذوب طلا , ذوب طلا , کوره الکترونیکی، ذوب نیک, کوره ذوب طلا,کوره المنتی,ذوب فلزات قیمتی.