ซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำเกรดโลหะ

ซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำเกรดโลหะวิทยา เป็นวัสดุสังเคราะห์ที่ผลิตในเตาเผาไฟฟ้าแบบต้านทานที่อุณหภูมิสูงกว่า 2200°C วัตถุดิบหลักคือทรายซิลิกาคุณภาพสูง (SiO₂) และปิโตรเลียมโค้ก (C) มีลักษณะเด่นคือมี  สีดำหรือน้ำเงินดำเข้ม มีความวาวของโลหะ และมีความบริสุทธิ์ต่ำกว่า (โดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 98.5% SiC)  เมื่อเทียบกับซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว (ซึ่งมีความบริสุทธิ์มากกว่า มากกว่า 99% SiC และใช้สำหรับการเจียระไนละเอียดและเซมิคอนดักเตอร์)

คุณสมบัติที่สำคัญ

คุณสมบัติที่ทำให้ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมโลหะวิทยาและอุตสาหกรรมอื่นๆ ได้แก่:

1. ความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูง:  คงโครงสร้างและความแข็งแกร่งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูงมาก

2. คุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกที่ยอดเยี่ยม:

   • ความสามารถในการลดแรงสูง:  ที่อุณหภูมิสูง มันจะปล่อยคาร์บอนและซิลิกอนออกไปเพื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและธาตุอื่นๆ

   • ปฏิกิริยาคายความร้อน:  ปฏิกิริยาออกซิเดชันจะปลดปล่อยความร้อนออกมาในปริมาณมาก

3. การนำความร้อนสูง:  ถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

4. การขัดถูที่ดี:  แม้จะไม่แข็งเท่า SiC สีเขียว แต่ก็ยังแข็งกว่าโลหะส่วนใหญ่และแร่ธาตุอีกหลายชนิด

5. ความเฉื่อยทางเคมี:  ทนทานต่อการโจมตีจากกรด ตะกรัน และโลหะหลอมเหลว

แอปพลิเคชันและฟังก์ชันหลัก

การประยุกต์ใช้ SiC เกรดโลหะวิทยาส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับบทบาทของ SiC ในฐานะสาร  รีดิวซ์ที่อุณหภูมิสูง สารผสมโลหะผสม และสารเติมแต่งที่ช่วยประหยัดพลังงาน

1. การผลิตเหล็กกล้า (การใช้งานที่ใหญ่ที่สุด)

ในเตาเผาไฟฟ้า (EAF) เตาเผาทัพพี และโรงหล่อ ใช้เป็นสารเติมแต่งอเนกประสงค์:

• ดีออกซิไดเซอร์:  เป็นดีออกซิไดเซอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าเฟอร์โรซิลิคอนแบบดั้งเดิม ส่วนประกอบของซิลิคอนและคาร์บอนช่วยขจัดออกซิเจนออกจากเหล็กหลอมเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยเพิ่มความสะอาดและคุณสมบัติเชิงกลของเหล็ก

  • ปฏิกิริยา: SiC + O₂ → SiO₂ + CO

• Recarburizer:  เป็นแหล่งคาร์บอนที่ยอดเยี่ยมสำหรับปรับปริมาณคาร์บอนขั้นสุดท้ายของเหล็กให้ได้ตามคุณสมบัติที่ต้องการ

• ตัวประหยัดพลังงาน (สารให้ความร้อน):  ปฏิกิริยาออกซิเดชันของ SiC มีลักษณะคายความร้อนสูง การเติม SiC ลงในเตาเผาหรือทัพพีจะช่วยเพิ่มอุณหภูมิของโลหะหลอมเหลว ลดการใช้พลังงานไฟฟ้าที่จำเป็น และลดระยะเวลาในการแตะแต่ละครั้ง

• สารผสมโลหะผสม:  เติมซิลิกอนและคาร์บอนลงในของเหลวหลอมพร้อมๆ กัน เพื่อปรับองค์ประกอบทางเคมี

2. โรงหล่อเหล็ก

ในเตาคิวโปล่าและเตาเหนี่ยวนำสำหรับการผลิตเหล็กหล่อ:

• สารกระตุ้น/สารปรับสภาพเบื้องต้น:  การเติม SiC ลงในเหล็กหลอมเหลว (กระบวนการที่มักเรียกว่า “การปรับสภาพเบื้องต้นของเหล็ก”) จะช่วยส่งเสริมการก่อตัวของเกล็ดหรือก้อนกราไฟต์ (ในเหล็กเหนียว) ซึ่งได้แก่:

  • ป้องกันความเย็น:  ลดการเกิดซีเมนไทต์ที่แข็งและเปราะ (คาร์ไบด์เหล็ก) ป้องกันไม่ให้ขอบ “เย็น” ซึ่งไม่สามารถกลึงได้

  • ปรับปรุงโครงสร้างจุลภาค:  ส่งผลให้โครงสร้างกราไฟต์มีความสม่ำเสมอและละเอียดมากขึ้น

  • เสริมคุณสมบัติ:  เพิ่มความแข็งแรงแรงดึง ความแข็ง และการนำความร้อนของผลิตภัณฑ์เหล็กหล่อขั้นสุดท้าย

3. การผลิตเฟอร์โรอัลลอยด์

ทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ในเตาเผาแบบอาร์กจมที่ใช้ผลิตเฟอร์โรอัลลอยด์ต่างๆ:

• โลหะซิลิคอนและเฟอร์โรซิลิคอน:  ในกระบวนการเหล่านี้ SiC เป็นผลิตภัณฑ์ตัวกลางที่มีบทบาทสำคัญในการลดซิลิกาให้เป็นซิลิกอน

• โลหะผสมอื่นๆ:  สามารถใช้ในการผลิตซิลิโคแมงกานีสและโลหะผสมที่ซับซ้อนอื่นๆ ได้

4. สารเติมแต่งทนไฟ

แม้ว่าจะไม่ใช่ส่วนผสมหลัก แต่ SiC เกรดโลหะวิทยาที่ถูกบดละเอียดมักถูกเติมลงใน  วัสดุทนไฟ MgO-C (แมกนีเซียม-คาร์บอน) และ Al₂O₃-SiC-C (อะลูมินา-ซิลิคอนคาร์ไบด์-คาร์บอน)  ซึ่งใช้บุเตาหลอมและทัพพีสำหรับการผลิตเหล็กกล้า ประโยชน์ของ SiC ประกอบด้วย:

• เพิ่มความต้านทานต่อตะกรัน:  ปรับปรุงความสามารถของวัสดุทนไฟในการทนต่อตะกรันที่กัดกร่อน

• ความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วที่เพิ่มขึ้น:  ช่วยให้อิฐทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วโดยไม่แตกร้าว

• ปรับปรุงความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูง

5. การใช้งานอื่น ๆ

• สารกัดกร่อน:  สำหรับการผลิตเครื่องมือเจียรแบบยึดติด (เช่น ล้อเจียร) และสารกัดกร่อนเคลือบที่ไม่ต้องการความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษ นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการทำความสะอาดแบบพ่นทรายและการขัดผิวด้วย

• โลหะวิทยาที่ไม่ใช่เหล็ก:  ใช้เป็นสารรีดิวซ์ในการถลุงโลหะที่ไม่ใช่เหล็กบางชนิด