Твердость карбида кремния

Кристаллическая структура SIC

Карбид кремния, как искусственно синтезированный твердый сплав, находит широкое применение в промышленности, особенно в секторе абразивных материалов. Причина, по которой карбид кремния часто используется в качестве абразива, кроется в присущих ему химических и физических свойствах. В этой статье мы рассмотрим тему твердости карбида кремния.

1.Характеристика карбида кремния

1.1 Химический состав и кристаллическая структура

Карбид кремния Карбид кремния (SiC) - это соединение, состоящее из элементов кремния (Si) и углерода (C). Его химическая формула - SiC, и обычно карбид кремния образуется при соединении углерода и кремния в соотношении 1:1. Чистый карбид кремния обычно представляет собой прозрачный кристалл, однако в промышленных условиях примеси в карбиде кремния могут приводить к изменениям цвета, например, к обычным чёрный карбид кремния и зелёный карбид кремния. Карбид кремния часто демонстрирует различные кристаллические структуры, наиболее распространенными из которых являются кубическая (β-SiC) и гексагональная (α-SiC). При температурах выше 2100°C β-SiC переходит в структуру α-SiC. В настоящее время идентифицировано более 70 различных форм α-SiC. Методы получения карбида кремния различны.

2.Твердость карбида кремния

2.1 Определение и измерение

Твердость - это способность материала сопротивляться царапинам, проколам или вмятинам, что обычно указывает на устойчивость материала к истиранию и износу. Методы измерения твердости карбида кремния включают следующие четыре:

Твердость по Моосу: Mohs Твердость карбида кремния обычно составляет 9-9,5.

Твердость по Моосу для черного карбида кремния: 9.2-9.3

Твердость по Моосу для зеленого карбида кремния: 9.4-9.5
Твердость по шкале Мооса

Твердость по Виккерсу: Твердость карбида кремния по Виккерсу обычно колеблется в пределах 2800-3400 HV.

Диапазон твердости по Виккерсу для черного карбида кремния: 2800-3200 HV

Диапазон твердости по Виккерсу для зеленого карбида кремния: 3100-3400 HV

Испытание на твердость по Виккерсу заключается в приложении определенной нагрузки к поверхности материала и измерении длины диагонали образовавшегося углубления, на основании которой можно рассчитать значение твердости по Виккерсу.

Твердость по Бринеллю: Твердость по Бринеллю определяется путем приложения определенной нагрузки к поверхности материала и последующего измерения диаметра образовавшейся вмятины. Обычно диапазон твердости по Бринеллю для карбида кремния составляет 2400-2800 HBS.

Диапазон твердости по Бринеллю для черного карбида кремния: 2400-2600 HBS

Диапазон твердости по Бринеллю для зеленого карбида кремния: 2600-2800 HBS

Твердость по Роквеллу: Твердость по Роквеллу определяется путем приложения статической или динамической нагрузки к поверхности материала и измерения глубины залегания твердомера. Как правило,

Диапазон твердости по Роквеллу для черного карбида кремния: 83-87 HRA

Диапазон твердости по Роквеллу для зеленого карбида кремния: 87-92 HRA

Методы испытания на твердость

Диапазон тестовых значений

Удельные значения (черный карбид кремния)

Удельные значения (зеленый карбид кремния)

Твердость по Моосу

9-9.5

9.2-9.3

9.4-9.5

Твердость по Виккерсу

2800-3400 HV

2800-3200 HV

3100-3400 HV

Твердость по Бринеллю

2400-2800 HBS

2400-2600 HBS

2600-2800 HBS

Твердость по Роквеллу

83-87 HRA

87-92 HRA

2.2Факторы, влияющие на твердость карбида кремния

Кристаллическая структура: Как было показано ранее, кристаллическая структура карбида кремния играет важную роль. Гексагональная кристаллическая структура карбида кремния (α-SiC) обычно обладает большей твердостью по сравнению с кубической кристаллической структурой (β-SiC). Более плотное расположение атомов в кристаллической структуре приводит к более прочным связям.
Кристаллическая структура SIC

Чистота: Чистота является вторым основным фактором, влияющим на твердость карбида кремния. Меньшее присутствие примесей указывает на более высокую чистоту, что коррелирует с увеличением твердости карбида кремния.

Степень спекания: Степень спекания представляет собой степень нагрева в процессе производства карбида кремния. Более высокая степень спекания приводит к увеличению твердости, поскольку повышенная температура приводит к росту зерен и увеличению плотности материала.

Размер зерна: Меньшие размеры зерен способствуют повышению твердости карбида кремния. Это объясняется тем, что границы зерен являются слабыми местами в материале, а меньшие зерна подразумевают меньшее количество границ зерен.

3.Повышение твердости карбида кремния

Исходя из факторов, влияющих на твердость карбида кремния, мы можем искусственно повысить твердость карбида кремния с помощью различных методов. К общим подходам относятся легирование, легирование, обработка поверхности и другие методы.

3.1 Легирование и легирование для повышения твердости

Карбид кремния может претерпевать изменения в своих электрических свойствах и улучшать механические характеристики путем легирования и сплавления. К распространенным методам относятся легирование твердым раствором, ионная имплантация, химическое осаждение из паровой фазы, порошковая металлургия с последующим уплотнением и спеканием. Благодаря этим процессам можно значительно повысить твердость, прочность, вязкость и износостойкость карбида кремния.

3.2 Обработка поверхности

Обработка поверхности карбида кремния - еще один подход к повышению его твердости. Для повышения твердости поверхности, уменьшения износа и улучшения смазки могут использоваться такие методы, как нанесение покрытий и гальванизация.

Покрытие:

Термическое напыление: Расплавленные материалы напыляются на поверхность, образуя покрытие. К распространенным материалам относятся керамика, металлы и полимеры.

Холодное напыление: Частицы твердого материала разгоняются до высоких скоростей и затем распыляются на поверхность карбида кремния. Обычные материалы включают металлы и полимеры.

Покрытие:

Физическое осаждение из паровой фазы (PVD): Тонкая пленка осаждается на поверхность карбида кремния. Обычные материалы включают металлы, керамику и нитриды.

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD): Тонкая пленка осаждается на поверхности карбида кремния. Обычные материалы включают керамику и карбиды.

3.3 Практическое применение повышенной твердости карбида кремния

Выбор соответствующих технологий и материалов для удовлетворения конкретных требований имеет решающее значение. Повышенная твердость карбида кремния находит практическое применение в различных областях, таких как керамические режущие инструменты SiC:N, керамические аэрокосмические компоненты SiC, керамические упаковочные материалы для электронных устройств, керамические искусственные суставы SiC и др. Повышение твердости карбида кремния расширяет область его применения и повышает его ценность в различных отраслях промышленности.

Будучи экспертами в абразивной промышленности с 19-летним опытом, Yafeite может предоставить вам оптимальные отраслевые решения и высококачественную продукцию. Если вам нужен карбид кремния и другие абразивные изделия, пожалуйста, свяжитесь с нами:
info@sdgangtie.com

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Как определяется твердость карбида кремния?

Ответ: Твердость - это способность материала сопротивляться царапанию, прокалыванию или вдавливанию, что обычно указывает на устойчивость материала к истиранию и износу. Твердость карбида кремния может быть измерена с помощью твердости по Моосу, твердости по Виккерсу, твердости по Бринеллю и твердости по Роквеллу, причем твердость по Моосу обычно находится в диапазоне 9-9,5.

Как кристаллическая структура карбида кремния влияет на его твердость?

Ответ: Карбид кремния имеет различные кристаллические структуры, включая кубическую (β-SiC) и гексагональную (α-SiC). Как правило, гексагональный карбид кремния обладает более высокой твердостью, чем кубический, благодаря более плотной кристаллической структуре и более прочным атомным связям.

Как измеряется твердость карбида кремния?

Ответ: Твердость карбида кремния можно измерить с помощью методов определения твердости по Моосу, Виккерсу, Бринеллю и Роквеллу. Эти методы предполагают приложение нагрузки к поверхности материала и измерение полученного вмятия или значения твердости для оценки твердости.

Какие факторы влияют на твердость карбида кремния?

Ответ: Факторы, влияющие на твердость карбида кремния, включают кристаллическую структуру (более высокая твердость у гексагональной структуры), чистоту (более высокая чистота приводит к более высокой твердости), степень спекания (более высокая степень спекания приводит к более высокой твердости) и размер зерна (более мелкие зерна способствуют более высокой твердости).

Как можно повысить твердость карбида кремния?

Ответ: Твердость карбида кремния может быть повышена с помощью таких методов, как легирование, легирование и обработка поверхности. Методы легирования и сплавления включают легирование твердым раствором, ионную имплантацию, а методы обработки поверхности включают нанесение покрытий и гальванизацию для повышения твердости поверхности, уменьшения износа и улучшения смазки.

Связанный блог

Добро пожаловать на запрос

Свяжитесь с нашими профессиональными продавцами, заполнив форму, мы предлагаем круглосуточную бесплатную консультацию.

Эксклюзивные предложения Наслаждение

Благодарим вас за интерес к нашему продукту! Оставьте сообщение сейчас, и мы предложим вам эксклюзивные скидки или индивидуальные планы, чтобы помочь вам получить больше выгоды.