Har du någonsin haft den här upplevelsen: din kökskniv blir matt efter långvarig användning, och när du tar med den till en järnaffär för att slipa den, använder mekanikern en snabbt snurrande svart slipskiva för att gnugga den fram och tillbaka; eller i fabriker, ugnarna som används för att bränna keramik och smälta metaller, även om de ständigt utsätts för temperaturer över 1000 grader, har sällan sina innerväggar genombrända. Faktum är att bakom båda dessa saker ligger samma "industriella all-allrounder"-svart kiselkarbid.
01 Låt oss förstå: Vad är egentligen svart kiselkarbid?
Som namnet antyder är svart kiselkarbids kärnkomponenter "kol" och "kisel" med den kemiska formeln SiC. I huvudsak är det ett syntetiskt framställt oorganiskt icke-metalliskt material. Det är inte ett naturligt mineral, utan snarare "raffinerat" från vanliga vardagsmaterial: Kvartssand och petroleumkoks blandas i ett visst förhållande, en liten mängd salt tillsätts och sedan "bränns" det i en motståndsugn vid 1800-2200 grader i flera dagar. Vid denna höga temperatur reagerar kislet i kvartssanden och kolet i petroleumkoksen och bildar slutligen svarta kristallina partiklar - det här är svart kiselkarbid.
Varför är det svart? Eftersom dess renhet inte är särskilt hög (vanligtvis mellan 95% och 98%), och den lilla mängden kvarvarande föroreningar ger den ett mörkgrått eller svart utseende. Om renheten ökas till över 99 % blir det ett annat vanligt material-grön kiselkarbid (med en grönaktig nyans).
02. "Superkrafterna" hos svart kiselkarbid: Varför har det blivit en industriell älskling?
Svart kiselkarbid lyser inom flera områden tack vare dess tre kärnfördelar, som var och en adresserar en viktig smärtpunkt i industriell produktion:
1. Extremt hård, vilket gör den otroligt effektiv vid slipning.
Bland icke-metalliska material i naturen är svart SIC bara något hårdare än diamant och kubisk bornitrid, och till och med hårdare än korund (aluminiumoxid)-dess Mohs-hårdhet når 9,2 (diamant är 10). Denna hårdhet gör det till ett "naturligt slipmedel": många slipskivor som används hemma för att slipa knivar och saxar är gjorda av svarta kiselkarbidpartiklar blandade med harts; sandpapper och slipskivor gjorda av svart SIC används också ofta i fabriker för bearbetning av metalldelar (som rostfritt stål och gjutjärn), slipning av glas och polersten -det kan snabbt ta bort grader och defekter från ytan på arbetsstycken och slits inte lätt ner.
2. Hög temperaturbeständighet och korrosionsbeständighet, fungerar som en "brandsäker väktare"
Svart kiselkarbid har en smältpunkt så hög som 2700 grader, och den kommer inte att deformeras eller smälta ens efter lång-användning vid en hög temperatur på 1600 grader. Dessutom är den inte rädd för syror eller alkalier, och även starka syror och alkalier har svårt att korrodera den. Dessa egenskaper gör det till ett "skyddande skikt" för ugnar och pannor: innerväggarna i sintringsugnar i keramiska fabriker och varma blästerugnar i stålverk är fodrade med ett lager eldfast tegel av svart SIC, som tål höga temperaturer och minskar värmeförlusten; Vissa industrirör och ventiler för hög-temperatur är också fodrade med det för att förhindra korrosion av hög-gaser eller vätskor.
3. Den kan leda el och värme, och kan även fungera som en "stödjande aktör" inom elektronik.
Till skillnad från många icke-metalliska material (som glas och keramik), är svart kiselkarbid elektriskt ledande och har ännu starkare värmeledningsförmåga än gjutjärn-vilket ger den en plats inom elektronikområdet: I batteripaketen till nya energifordon används den för att få "värmeledande batterier" att generera, för att snabbt leda bort värmen från att fungera; i vissa hög-elektriska apparater (som frekvensomvandlare och svetsmaskiner) används också värmeavledningskomponenter gjorda av svart SIC för att säkerställa stabil drift av utrustningen.
03 Förutom att slipa och tåla höga temperaturer, vad mer kan svart kiselkarbid göra?
Användningsområdena för svart kiselkarbid är mycket bredare än du kan föreställa dig; det finns i allt från traditionella industrier till framväxande områden.
Inom byggbranschen kan inblandning av svarta SIC-partiklar i betong förbättra slitstyrkan på vägar och broar med mer än 30 % och även göra dem frostbeständiga-. Denna typ av "kiselkarbidbetong" används på motorvägar i många kalla regioner i norra Kina.
På miljöområdet kan "honeycomb keramiska bärare" gjorda av svart kiselkarbid installeras i bilavgasrenare för att hjälpa till att absorbera skadliga gaser (som kolmonoxid och kväveoxider) i avgaserna.
Inom solcellsområdet behövs extremt fint svart SIC-pulver som ett "slipmedel" vid bearbetning av kiselskivor för solcellspaneler för att göra skivorna tunna och platta, vilket säkerställer kraftgenereringseffektivitet.
04 Kan svart kiselkarbid bli ännu mer "kraftfull" i framtiden?
Med tekniska framsteg gör svarta SIC genombrott inom "hög-precisions"-fält: t.ex. forskar forskare på användningen av svart kiselkarbid för att göra "halvledarchips", som är mer värme-beständiga och leder elektricitet snabbare än traditionella kiselchips, och kan användas i hög{{2} fordonsstationer och nya energibasstationer som t.ex. andra försöker göra svart SIC till "energilagringsmaterial" för att hjälpa till att lagra elektrisk energi omvandlad från sol- och vindenergi, vilket löser problemet med "svårigheter att lagra" ny energi.
