સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) પાવડર : પ્રોપર્ટીઝ, ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશન્સ

આંતરરાષ્ટ્રીય ખરીદદારો અને પ્રાપ્તિ સંચાલકો માટે, સિલિકોન કાર્બાઇડ પાવડરની ઘોંઘાટ સમજવી એ માત્ર તકનીકી આવશ્યકતા નથી - તે એક સ્પર્ધાત્મક આવશ્યકતા છે. ભલે તેનો ઉપયોગ સ્ટીલ નિર્માણમાં ડીઓક્સિડાઇઝર તરીકે કરવામાં આવે, ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઘર્ષણ કરનાર અથવા ઇલેક્ટ્રિક વાહન (EV) પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં નિર્ણાયક ઘટક તરીકે, SiC સખતતા, થર્મલ વાહકતા અને રાસાયણિક સ્થિરતાનું અનન્ય સંયોજન પ્રદાન કરે છે.

સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) શું છે?

સિલિકોન કાર્બાઇડ એ સિલિકોન અને કાર્બનનું બનેલું સંયોજન સેમિકન્ડક્ટર છે. પ્રકૃતિમાં, તે અપવાદરૂપે દુર્લભ છે, જે ચોક્કસ પ્રકારના ઉલ્કાઓ અને કોરન્ડમ થાપણોમાં માત્ર ટ્રેસ જથ્થામાં જોવા મળે છે. પરિણામે, ઉદ્યોગમાં વપરાતા લગભગ તમામ સિલિકોન કાર્બાઇડ કૃત્રિમ રીતે ઉત્પન્ન થાય છે.

ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર

SiC અનન્ય છે કારણ કે તે પોલીમોર્ફિઝમ દર્શાવે છે, એટલે કે તે 250 થી વધુ સ્ફટિકીય સ્વરૂપોમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. સૌથી સામાન્ય રચનાઓમાં શામેલ છે:

આલ્ફા સિલિકોન કાર્બાઇડ (α-SiC): સૌથી સામાન્ય પોલીમોર્ફ, ષટ્કોણ સ્ફટિક બંધારણ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. તે 1700 ° સે ઉપરના તાપમાને સ્થિર છે.

બીટા સિલિકોન કાર્બાઈડ (β-SiC): આ ફોર્મમાં ઘન ક્રિસ્ટલ માળખું (હીરા જેવું જ) છે અને તે 1700°C થી નીચેના તાપમાને બને છે.

મુખ્ય ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો

શા માટે SiC પાવડરની આટલી માંગ કરવામાં આવે છે? તેના પ્રદર્શન મેટ્રિક્સ અપ્રતિમ છે:

એક્સ્ટ્રીમ કઠિનતા: 9.0 થી 9.5 ની Mohs કઠિનતા સાથે, તે હીરા અને બોરોન કાર્બાઇડ પછી બીજા ક્રમે છે.

ઉચ્ચ ઉષ્મીય વાહકતા: SiC મોટાભાગની ધાતુઓ કરતાં વધુ ઝડપથી ગરમીને વિસર્જન કરે છે, જે તેને ઉચ્ચ-તાપમાન વાતાવરણ માટે આદર્શ બનાવે છે.

નીચું ઉષ્મીય વિસ્તરણ: તે અચાનક તાપમાનના ફેરફારો (ઉત્તમ થર્મલ આંચકો પ્રતિકાર) હેઠળ વિકૃત અથવા ક્રેકીંગનો પ્રતિકાર કરે છે.

રાસાયણિક જડતા: તે એલિવેટેડ તાપમાને પણ એસિડ, આલ્કલી અને પીગળેલા ક્ષારમાંથી કાટ માટે અત્યંત પ્રતિરોધક છે.

સેમિકન્ડક્ટિંગ પ્રોપર્ટીઝ: અન્ય ઘણા ઘર્ષણથી વિપરીત, SiC એ વિશાળ-બેન્ડગેપ સેમિકન્ડક્ટર છે, જે પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગમાં ક્રાંતિ લાવી રહ્યું છે.

ઉત્પાદન પ્રક્રિયા: અચેસન પદ્ધતિ અને તેનાથી આગળ

ઉચ્ચ શુદ્ધતાનું ઉત્પાદનસિલિકોન કાર્બાઇડ પાવડરમૂડી-સઘન અને ઊર્જા-ભારે પ્રક્રિયા છે.

Acheson પ્રક્રિયા

1891માં એડવર્ડ ગુડરિચ અચેસન દ્વારા શોધાયેલ, આ મોટા પાયે ઉત્પાદન માટેની પ્રાથમિક પદ્ધતિ છે.

કાચો માલ: ઉચ્ચ શુદ્ધતા સિલિકા રેતી (SiO2) અને પેટ્રોલિયમ કોક (C) મિશ્રિત છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, છિદ્રાળુતાને નિયંત્રિત કરવા અને અશુદ્ધિઓ દૂર કરવા માટે લાકડાંઈ નો વહેર અને મીઠું ઉમેરવામાં આવે છે.

ઇલેક્ટ્રિક ફર્નેસ: મિશ્રણને પ્રતિકારક ભઠ્ઠીમાં મૂકવામાં આવે છે. ગ્રેફાઇટ કોરમાંથી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર થાય છે, જે આસપાસના મિશ્રણને 1,700°C અને 2,500°C વચ્ચેના તાપમાને ગરમ કરે છે.

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા: પ્રતિક્રિયા SiO2 + 3C → SiC + 2CO થાય છે.

લણણી: એકવાર ભઠ્ઠી ઠંડું થઈ જાય પછી, SiC સ્ફટિકોનો મોટો "નળાકાર" સમૂહ રચાય છે. કોર સૌથી વધુ શુદ્ધતા (ગ્રીન SiC) ધરાવે છે, જ્યારે બાહ્ય સ્તરો બ્લેક SiC આપે છે.

પાવડર માં પ્રક્રિયા

એકવાર ક્રૂડ સ્ફટિકોની લણણી થઈ જાય, તે પ્રક્રિયાના ઘણા તબક્કામાંથી પસાર થાય છે:

ક્રશિંગ અને મિલિંગ: સ્ફટિકોને પાવડરમાં ઘટાડવા માટે જડબાના ક્રશર, હેમર મિલ્સ અથવા બોલ મિલ્સનો ઉપયોગ કરવો.

ગ્રેડિંગ (સાઇઝિંગ): પાવડર ચોક્કસ ગ્રિટ માપો (દા.ત., FEPA, JIS, અથવા ANSI ધોરણો) ને પૂર્ણ કરે છે તેની ખાતરી કરવા માટે વાઇબ્રેટિંગ સ્ક્રીન અથવા એર ક્લાસિફાયરનો ઉપયોગ કરવો.

એસિડ ધોવા અને શુદ્ધિકરણ: અવશેષ આયર્ન, ફ્રી સિલિકોન અથવા કાર્બનને દૂર કરવા માટે, પાવડરને 98% થી 99.9% સુધી શુદ્ધતા સ્તર સુધી પહોંચવા માટે ઘણીવાર રસાયણો સાથે સારવાર કરવામાં આવે છે.

કાળો વિ. લીલા સિલિકોન કાર્બાઇડ: તફાવતને સમજવું

વૈશ્વિક બજારમાં, SiC પાવડરને સામાન્ય રીતે તેના રંગ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, જે તેની શુદ્ધતા અને હેતુપૂર્વકના ઉપયોગને દર્શાવે છે.

બ્લેક સિલિકોન કાર્બાઇડ (બ્લેક SiC)

બ્લેક SiC માં આશરે 95% થી 98% SiC હોય છે. તેનો ઘેરો રંગ આયર્ન અને કાર્બનની અશુદ્ધિઓની માત્રાને કારણે છે.

લાક્ષણિકતાઓ: લીલા SiC કરતાં સહેજ સખત પરંતુ ઓછા બરડ.

આ માટે શ્રેષ્ઠ: કાસ્ટ આયર્ન, નોન-ફેરસ ધાતુઓ (તાંબુ, એલ્યુમિનિયમ), અને બિન-ધાતુ સામગ્રી (પથ્થર, રબર, લાકડું) જેવી ઉચ્ચ તાણયુક્ત શક્તિની સામગ્રીને પીસવી. તે ધાતુશાસ્ત્રના ડિઓક્સિડાઇઝેશન માટે પ્રાથમિક પસંદગી પણ છે.

ગ્રીન સિલિકોન કાર્બાઇડ (ગ્રીન SiC)

ગ્રીન SiC એ ઉચ્ચ-શુદ્ધતા વેરિયન્ટ છે, જે સામાન્ય રીતે 99% SiC સામગ્રી કરતાં વધી જાય છે.

લાક્ષણિકતાઓ: કાળા SiC ની તુલનામાં ઉચ્ચ કઠિનતા અને શ્રેષ્ઠ કટીંગ શક્તિ.

આ માટે શ્રેષ્ઠ: ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ, ઓપ્ટિકલ ગ્લાસ, સિરામિક્સ અને સેમિકન્ડક્ટર વેફર્સ જેવી સખત અને બરડ સામગ્રીની ચોકસાઇ ગ્રાઇન્ડીંગ.

પ્રાથમિક ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશન્સ

ધાતુશાસ્ત્ર અને સ્ટીલ નિર્માણ

ધાતુશાસ્ત્ર ઉદ્યોગમાં, SiC પાવડર કપોલા અને ઇલેક્ટ્રિક આર્ક ફર્નેસમાં શક્તિશાળી ડીઓક્સિડાઇઝર અને બળતણ સ્ત્રોત તરીકે સેવા આપે છે.

લાભો: તે પીગળેલી ધાતુની પ્રવાહીતાને સુધારે છે, સિલિકોન અને કાર્બન પુનઃપ્રાપ્તિ દરમાં વધારો કરે છે, અને ગલન પ્રક્રિયાના એકંદર ઊર્જા વપરાશને ઘટાડે છે.

કાસ્ટ આયર્નનું ઉત્પાદન: તે ગ્રેફાઇટ ફ્લેક્સની રચનાને પ્રોત્સાહન આપે છે, જે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ગ્રે અને ડ્યુક્ટાઇલ આયર્ન કાસ્ટિંગ તરફ દોરી જાય છે.

ઘર્ષક અને સરફેસ ફિનિશિંગ

આ કદાચ SiC પાવડરનો સૌથી પરંપરાગત ઉપયોગ છે.

બોન્ડેડ એબ્રેસિવ્સ: ગ્રાઇન્ડીંગ વ્હીલ્સ અને કટીંગ ડિસ્ક બનાવવા માટે વપરાય છે.

કોટેડ એબ્રેસિવ્સ: સેન્ડપેપર અને પોલિશિંગ બેલ્ટમાં વપરાય છે.

લેપિંગ અને પોલિશિંગ: વાલ્વ, ગિયર્સ અને સેમિકન્ડક્ટર સબસ્ટ્રેટના ચોકસાઇથી લેપિંગ માટે "સ્લરીઝ" માં ફાઇન SiC પાવડરનો ઉપયોગ થાય છે.

પ્રત્યાવર્તન અને સિરામિક્સ

તેના ઉચ્ચ ગલનબિંદુને કારણે (તે લગભગ 2,700 °C પર ઉત્કૃષ્ટ થાય છે) અને ઓછા થર્મલ વિસ્તરણને કારણે, SiC એ પ્રીમિયર રીફ્રેક્ટરી સામગ્રી છે.

ભઠ્ઠામાં ફર્નિચર:SiC પ્લેટ્સ અને બીમનો ઉપયોગ સિરામિક ભઠ્ઠામાં થાય છે કારણ કે તેઓ ભારે તાપમાને ભારે ભાર હેઠળ વિકૃત થતા નથી.

ટેકનિકલ સિરામિક્સ: બુલેટપ્રૂફ વેસ્ટ, પંપ માટે સીલ રિંગ્સ અને ઓટોમોટિવ બ્રેક ડિસ્કમાં વપરાય છે.

એડવાન્સ્ડ ઈલેક્ટ્રોનિક્સ (ધ SiC રિવોલ્યુશન)

21મી સદીમાં સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ માટે SiC માંગમાં વધારો જોવા મળ્યો છે.

પાવર ઉપકરણો:SiC-આધારિત MOSFETs અને ડાયોડ્સ પરંપરાગત સિલિકોન ઘટકો કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ છે. તેઓ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો (EVs) માં ફાસ્ટ-ચાર્જિંગ સિસ્ટમ અને ઇન્વર્ટર માટે જરૂરી છે.

5G ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર: SiC SiC ઉપકરણો પર ગેલિયમ નાઇટ્રાઇડ(GaN) માટે સબસ્ટ્રેટ તરીકે સેવા આપે છે, જે ઉચ્ચ-આવર્તન 5G બેઝ સ્ટેશનને પાવર આપે છે.

SiC પાવડર માટે વૈશ્વિક ગુણવત્તા ધોરણો

જ્યારે સોર્સિંગSiC પાવડરઆંતરરાષ્ટ્રીય સ્તરે, ખરીદદારોએ વિવિધ ગ્રેડિંગ સિસ્ટમ્સ નેવિગેટ કરવી આવશ્યક છે:

FEPA(ફેડરેશન ઓફ યુરોપિયન પ્રોડ્યુસર્સ ઓફ એબ્રેસિવ્સ):"F"(બોન્ડેડ એબ્રેસિવ્સ માટે)અને"P"(કોટેડ એબ્રેસિવ્સ માટે)ઉપસર્ગો (દા.ત.,F240,P1200) નો ઉપયોગ કરે છે.

JIS(જાપાનીઝ ઇન્ડસ્ટ્રીયલ સ્ટાન્ડર્ડ): એશિયન બજારોમાં સામાન્ય (દા.ત.,#3000).

ANSI(અમેરિકન નેશનલ સ્ટાન્ડર્ડ ઇન્સ્ટિટ્યુટ): નોર્થ અમેરિકન માર્કેટ માટે પ્રમાણભૂત.

શુદ્ધતા સ્તર બાબત:

મેટલર્જિકલ ગ્રેડ:88%-95%SiC.

ઘર્ષક ગ્રેડ: 96%-98.5% SiC.

ઉચ્ચ શુદ્ધતા / સિરામિક ગ્રેડ: 99% SiC.

સિલિકોન કાર્બાઇડ પાવડર એ સાદા ઘર્ષક કરતાં ઘણું વધારે છે. તે એક ઉચ્ચ તકનીકી સામગ્રી છે જે પરંપરાગત ભારે ઉદ્યોગ અને સ્વચ્છ ઊર્જાના ભાવિ વચ્ચેના અંતરને દૂર કરે છે. તેના ગ્રેડ, ઉત્પાદન પદ્ધતિઓ અને એપ્લિકેશનને સમજીને, ધાતુશાસ્ત્ર વ્યાવસાયિકો અને પ્રાપ્તિ નિષ્ણાતો ખાતરી કરી શકે છે કે તેઓ તેમની કામગીરી અને ઉત્પાદન ગુણવત્તાને શ્રેષ્ઠ બનાવવા માટે યોગ્ય ઉત્પાદન પસંદ કરે છે.