مقدمة

يُعد كربيد السيليكون من أكثر المواد الخزفية المتقدمة استخدامًا اليوم. وتُعد صلابته المذهلة وموصليته الحرارية العالية من الخصائص المتميزة التي أدت إلى زيادة الطلب على هذه المواد وزيادة إنتاجها. وبفضل التقنيات الحديثة، يُمكن إنتاج كربيد السيليكون صناعيًا عن طريق التلبيد بدون ضغط لمسحوق كربيد السيليكون أو عملية الربط التفاعلي. ستقدم لك مقالة اليوم لمحة عامة عن مواد كربيد السيليكون الملبدة بدون ضغط، وخصائصها، وتطبيقاتها، ومقارنتها بكربيد السيليكون والمواد الأخرى. ستتعلم أيضًا كيف يختلف التلبيد التفاعلي عن طرق التلبيد بدون ضغط لإنتاج كربيد السيليكون. وأخيرًا، ستتعرف على اتجاهات السوق الحالية لكربيد السيليكون الملبد بدون ضغط.

كربيد السيليكون المتكلس

كربيد السيليكون المُلبَّد (SSIC) هو نوع من مواد كربيد السيليكون، يُنتج عن تلبيد مسحوق كربيد السيليكون الدقيق عالي النقاء لتكوين مادة سيراميكية صلبة. يُمكن تحقيق ذلك صناعيًا تحت درجات حرارة وضغط وحرارة عالية. تتميز مواد SSIC بقوة ضغط وصلابة عاليتين، وموصلية حرارية عالية، ومقاومة قوية للمواد الكيميائية والصدأ. تستفيد التطبيقات التي تتطلب دقة أبعاد عالية، ودرجات حرارة عالية، وثباتًا حراريًا من استخدام هذه المواد. يُعد كربيد السيليكون المُلبَّد بدون ضغط وكربيد السيليكون المُلبَّد بالتفاعل من الأنواع الرئيسية لمواد SSIC.

ما هو كربيد السيليكون المتكلس بدون ضغط؟

كربيد السيليكون المتكلس بدون ضغط هي درجة من مواد كربيد السيليكون المُلبَّد (SiC) المُنتَجة من تلبيد مسحوق كربيد السيليكون فائق الدقة وعالي النقاء في جوٍّ مفرغ من الهواء عند ضغط جوي ودرجات حرارة عالية تتراوح بين 1980 و2200 درجة مئوية. وكما يوحي الاسم، لا يتطلب إنتاج هذه المواد أي ضغط خارجي. في بعض الأحيان، أثناء عملية الكبس، يُمكن استخدام إضافات التلبيد مثل الألومينا (Al2O3) وكربيد البورون (B4C) لدمج مسحوق كربيد السيليكون وتحويله إلى مواد سيراميكية صلبة ذات ثبات حراري عالٍ. يُعطي التلبيد بدون ضغط المواد السيراميكية كثافة عالية، حيث تزيد الكثافة أثناء الإنتاج عن 95% من الكثافة النظرية.

خصائص كربيد السيليكون المتكلس بدون ضغط

فيما يلي بعض الخصائص الفريدة لمواد SiC المسحوقة بدون ضغط:

• لها صلابة عالية

• نقطة انصهار عالية تبلغ 3103 كلفن

• كثافة 3.21 جم/سم³

• مقاومة عالية للتآكل والمواد الكيميائية.

• موصلية حرارية عالية تزيد عن 200 واط/متر-1ك-1

• معامل مرونة كبير يصل إلى 410 جيجا باسكال

• القدرة على تحمل درجات الحرارة العالية التي تصل إلى 1600 درجة مئوية

• قوة ضغط عالية تصل إلى حوالي 3000 ميجا باسكال

• قيمة نقاء SiC لـ 99%

• مسامية أقل من 0.2%

• صلابة فيكرز 2,500HVO.5

• معامل التمدد الحراري 4×10-6i°C

مقارنة بين التلبيد التفاعلي والتلبيد الخالي من الضغط لكربيد السيليكون

هناك طريقتان رئيسيتان لإنتاج مواد كربيد السيليكون المُلبَّد صناعيًا: التلبيد التفاعلي والتلبيد بدون ضغط لمواد كربيد السيليكون.

التلبيد التفاعلي لكربيد السيليكون

يمكن إنتاج هذا النوع من مواد SSIC بخلط الجرافيت مع جسيمات دقيقة من ألفا-سيليكون بكمية محددة مسبقًا. ثم تسخينه إلى 1650 درجة مئوية، حيث تتفاعل ألفا-سيليكون مع الكربون في جسم الجرافيت، مكونًا بيتا-سيليكون. بعد ذلك، يُرشح السيليكون بالكامل، وتُملأ المسام المتبقية لإنتاج مادة SSIC ملبدة تفاعليًا. هذه العملية أسرع وأقل تكلفة مقارنةً بمواد SSIC عديمة الضغط. منخفض درجات حرارة التلبيد كل ما يلزم لإنتاج مواد SSIC التفاعلية هو اللدائن الحرارية. على الرغم من فعالية عملية التلبيد التفاعلي في إنتاج مواد كبيرة الحجم، إلا أن المواد المنتجة عادةً ما تكون ذات كثافة غير متساوية، بل إن بعضها يتشقق بعد الإنتاج النهائي. كما أن عملية التلبيد التفاعلي ليست صديقة للبيئة، إذ يخترقها الغاز والسوائل بشكل أكبر مقارنةً بـ SSIC المُلبَّد بدون ضغط، وذلك بفضل مسامية هذه المواد الكبيرة.

التلبيد بدون ضغط لكربيد السيليكون

يمكنك تصنيع مواد SSIC من خلال عملية التلبيد بدون ضغط، والتي تتضمن تسخين مساحيق SiC عالية النقاء وفائقة الدقة إلى مواد صلبة المواد الخزفية. يمكن القيام بذلك بطريقتين: التلبيد في الطور الصلب والتلبيد في الطور السائل:

تلبيد الطور الصلب

في هذا النوع من التلبيد، يتوفر محلولان صلبان، يُطلق عليهما اسم إضافات، وهما البورون والكربون على سبيل المثال. يُستخدم البورون لتقليل طاقة حدود سطح كربيد السيليكون، بينما يزيل الكربون ثاني أكسيد السيليكون (كربيد السيليكا) عند السطح الذي يحتوي على كربيد السيليكون، مما يزيد من طاقة السطح. يستخدم التلبيد في الطور الصلب إضافات أخرى مثل الألومينا (Al2O3)، ونتريد البورون (BN)، أو مزيج من كربيد البورون والألومينا.

تلبيد الطور السائل

في هذه المرحلة، يُمكن استخدام أكاسيد يوتكتيكية مختلفة، مثل Y2O3-Al2O3، كمادة مضافة أو عنصر واحد. تعمل هذه المرحلة بشكل أفضل في درجات الحرارة المنخفضة. يتم تكثيف كربيد السيليكون (SiC) من خلال حركة جسيمات كربيد السيليكون، وانتشار الكتلة ونقلها، الناتج عن نقطة يوتكتيكية منخفضة.

بعض الشركات المصنعة يفضل الناس طريقة التلبيد في الطور السائل على التلبيد في الطور الصلب لأنها تتمتع بثبات حراري جيد، وتتطلب مواد خام أقل، وتكلفة إنتاج أقل.

بشكل عام، يُنتج التلبيد الخالي من الضغط لكربيد السيليكون مواد SSIC فائقة الجودة ذات نقاء أعلى وكثافة أفضل. هذا يعني أنه يمكن استخدامها في الصناعات التي تُنتج أجهزة إلكترونية عالية الحرارة، أو حتى في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية واستقرارًا حراريًا. ومع ذلك، إذا كنت ترغب في توفير الوقت وخفض تكلفة الإنتاج، يمكنك اختيار عملية التلبيد التفاعلي لإنتاج SiC المُلبَّد. لذا، يعتمد اختيارك لهذين الخيارين على ما تنوي القيام به، وكيف تُريد أن يتم تنفيذ تطبيقك.

مقارنة بين كربيد السيليكون المتكلس وكربيد السيليكون

كربيد السيليكون المُلبَّد (SSIC) هو نوع من مواد سيراميك SiC، يُنتَج من تلبيد جسيمات SiC فائقة الدقة وعالية النقاء وتحويلها إلى مواد سيراميكية صلبة وصلبة للغاية. أما كربيد السيليكون (SiC)، فهو مادة سيراميكية متقدمة مصنوع من السيليكون والكربيد. يوجد كربيد السيليكون (SiC) في شكله الاصطناعي (الكاربورندوم)، أو في شكله الطبيعي (المويسانيت). يُدمج هذان العنصران (السيليكون والكربون) كيميائيًا في صناعات عالية التقنية تحت حرارة شديدة لإنتاج مواد سيراميكية عالية المقاومة للضغط، وصلابة، وثبات حراري، ومقاومة للتآكل والمواد الكيميائية. تُستخدم مواد كربيد السيليكون بشكل رئيسي في إنتاج المواد الكاشطة، والمواد الصلبة، مثل مشعات الحرارة الخزفية، وقطع غيار الآلات، وأجزاء محركات الطائرات والسيارات، وغيرها.

تتفوق مواد SSIC بشكل عام على مواد كربيد السيليكون لأن هذه المواد أصبحت أكثر قوة بالحرارة الشديدة، وانخفضت مساميتها، في حين تم تعزيز موصليتها الكهربائية والحرارية بشكل كبير مقارنة بمكونات كربيد السيليكون.

تطبيقات كربيد السيليكون المتكلس الخالي من الضغط

كربيد السيليكون المُلبَّد بدون ضغط له تطبيقات متعددة في مختلف القطاعات اليوم. من بينها:

صناعة التصنيع

يمكنك استخدام مواد SSIC عالية الأداء والخالية من الضغط لإنتاج حلقات الختم، ومحامل الشريحة، والأجزاء القوية المقاومة للتآكل في الآلات الصناعية الثقيلة.

الصناعة الكهربائية

في صناعة الكهرباء اليوم، يمكنك استخدام مواد SSIC الخزفية هذه لصنع أشباه الموصلات والأسلحة والمدفعية والإلكترونيات عالية الطاقة والمعدات بسبب قوتها الانضغاطية الممتازة وقدرتها على الصمود في ظل الظروف غير المواتية.

صناعة المعادن

يُمكن استخدام كربيد السيليكون المُلبَّد بدون ضغط في إنتاج الأدوات والمعدات المعدنية التي تتطلب نقلًا سريعًا للحرارة أو التوصيل الكهربائي. مواد مثل مشعات الحرارة الخزفية، وفوهات الاحتراق، ومكونات بطانة الأفران، وغيرها.

صناعة الزجاج

يمكن تصنيع المواد المصنوعة من الزجاج، مثل النوافذ، والزجاج الأمامي للسيارات، والمرايا الجانبية، والأجهزة البصرية، من مادة SiC الملبدة بدون ضغط.

اتجاهات السوق الحالية والقيمة السوقية لكربيد السيليكون المتكلس الخالي من الضغط

يشهد سوق كربيد السيليكون المُلبَّد بدون ضغط نموًا مذهلاً إذا ما نظرنا إلى الاقتصاد العالمي. والسبب ببساطة هو عدم وجود بدائل أفضل في السوق حاليًا لسيراميك كربيد السيليكون وأنواعه المختلفة، بما في ذلك مواد SSIC بدون ضغط.

في عام ٢٠٢٣، قُدّرت قيمة سوق كربيد السيليكون المُلبّد بدون ضغط عالميًا بـ ٢.٣ مليار دولار أمريكي و٤.٤ طن متري، مع حجم سوقي كبير يتجاوز ٣ مليارات دولار أمريكي و٤.٤ طن متري. لذا، إذا كنت ترغب في الاستثمار، فاعلم أن معدل النمو السنوي المركب (CAGR) يبلغ ٨.٥١ دولار أمريكي و٣.٤ طن متري خلال الفترة المحددة من ٢٠٢٤ إلى ٢٠٣٠، لذا من المتوقع أن تصل القيمة السوقية إلى ٣.٨ مليار دولار أمريكي و٤.٤ طن متري بحلول عام ٢٠٣٠.

هنا في GGS سيراميكنحن نقدم أفضل مزيج من مواد سيراميك كربيد السيليكون المسحوقة بدون ضغط بأسعار معقولة، فقط لتلبية احتياجاتك من السيراميك.

الأسئلة الشائعة

عند أي درجة حرارة يتصلب كربيد السيليكون؟

تتم عملية تلبيد كربيد السيليكون عند درجات حرارة تتراوح بين 1950 درجة مئوية - 2200 درجة مئوية.

هل مواد كربيد السيليكون لها أي حدود؟

نعم، بسبب قوتها العالية، فإنها تميل إلى أن تكون هشة للغاية وتتفاعل بشكل سيئ مع الصدمات القوية أو الميكانيكية.

ما هي صلابة SiC؟

تتراوح صلابة مواد كربيد السيليكون بين ٤٤٠ و٤٩٠ جيجا باسكال، مما يُشير إلى قدرتها على الحفاظ على شكلها الأصلي تحت أي ضغط ميكانيكي.

خاتمة

كربيد السيليكون المُلبَّد بدون ضغط هو نوع منخفض التكلفة وفعال من مواد سيراميك كربيد السيليكون. بفضل هذه الخصائص الميكانيكية المُحسَّنة، والنقاء الفائق، والكثافة العالية، وتطبيقاته المتنوعة في مختلف القطاعات، سيصل بالتأكيد إلى آفاق جديدة من الابتكارات في المستقبل القريب. ترقبوا مواد ومنتجات كربيد السيليكون هذه.