Для чего используют карбид: что это такое и как его использовать?

alexxlab | 13.02.1986 | 0 | Разное

Содержание

что это и как применяется

В промышленности активно применяется газовая сварка, которая еще долго будет востребована в народном хозяйстве. Причиной этому является то, что температура пламени горелки может достигать 3150°С.

Такая температура позволяет варить не только обычную сталь, но также легированные и цветные металлы, которые не сможет проварить сварочный аппарат обычными электродами. Кроме того, газовой горелкой можно эффективно резать металл большой толщины и различной конфигурации сечения. Такие характеристики пламени достигаются смешиванием ацетилена и кислорода перед горением. Выделяет газ ацетилен карбид для сварки. Его изобрел немецкий химик Фридрих Велер в 1862 году. Для его создания он поместил сплав цинка с кальцием в раскаленные угли.

Что такое карбид для сварки

В состав карбида входят два химических элемента: углерод и кальций, поэтому его полное название – карбид кальция. После завершения производства, в готовом виде он выглядит, как куски затвердевшего цемента серого или коричневого цвета. Вступив в реакцию с водой, сильно нагревается и выделяет большой объем газа – ацетилена, имеющего резкий химический запах. Если смешать 560 мл воды с 1000 г карбида, то в результате их реакции выделится 372 л ацетилена и образуется 1160 г гашеной извести.

Получают это вещество путем сплавления негашеной извести (оксид кальция) и кокса в электропечи, при температуре 1900°С – 2300°С. На современных предприятиях для производства карбида кальция применяют рудовосстановительные печи с мощностью от 60 до 80 мегавольт – ампер, с квадратными или круглыми ванными.

Печь для производства карбида кальция

Сварка с применением данного вещества состоит из следующих этапов:

  • из коксующегося угля и извести создается порошкообразная шихта;
  • далее она помещается в электродуговую печь и доводится до расплавления;
  • сплав сливается в изложницы и охлаждается;
  • полученные бруски карбида изымаются и помещаются в дробильную камеру для придания необходимой фракции.

Полученный материал обладает плотностью 2,2 г/см3. В его состав входит около 77 % СаС2 и 23 % извести с различными примесями. Чем больше кусок карбида, тем дольше он разлагается в ходе реакции, но выделяется больший объем ацетилена. Однако если при сварочных работах применять карбид мелкой фракции, реакция может быть настолько бурной, что это может привести к взрыву.

Так выглядит карбид кальция

Применение в сварке

Карбид хранится в сухом, прохладном помещении, в стальных бочках объемом 100, 130 литров. Для откупорки крышек применяется зубило из латуни и деревянный молоток. При этом поблизости не должны быть источники огня и искр.

Ацетилен для газовой сварки от карбида, взаимодействующего с водой, поступает в горелку из стационарного или мобильного генератора, имеющего различный объем и конструкцию. Переносной генератор рассчитан на реакцию с 5 – 15 л воды и 2 – 5 кг карбида соответственно. Для него нужно использовать куски около 8 см.

Схема устройства ацетиленового генератора АСП-10

При сварке рекомендуется на 1 кг карбида использовать от 3 до 4 л воды. При этом ожидаемый выход ацетилена составляет 240 – 250 л. Объем выделения газа регулируется глубиной погружения корзины с карбидом в воду. Чтобы снизить резко возрастающее давление в генераторе после загрузки очередной порции вещества, необходимо открыть соответствующий газу кран на горелке.

Подается газ в горелку через отборник, переходящий в гибкий, прорезиненный шланг. Гашеная известь, которая образуется в процессе распада, удаляется из генератора при помощи отдельного бункера.

К положительным сторонам применения газовой сварки путем эксплуатации мобильного генератора можно отнести его малый вес (от 15 до 20 кг) и компактность при перевозке его со шлангами и горелкой. Однако не стоит забывать про кислородные баллоны, без которых сварка невозможна. Переносить их, учитывая большой вес и крупные габариты, можно минимум двумя работниками.

При сварке карбидом особое внимание необходимо уделить технике безопасности, так как карбид и ацетилен являются взрывоопасными веществами.

Техника безопасности

Не только сам газ ацетилен, но и сухой карбид являются взрывоопасными веществами. Поэтому при сварочных работах необходимо строго придерживаться предписанных инструкциями мер безопасности. Чтобы не произошли аварийные ситуации, которые могут привести к трагедии, необходимо придерживаться следующих правил:

  • в радиусе 10 м от генератора ацетилена и бочек с веществом не должно быть источников огня и искрения, включая и самой работающей горелки;
  • не применять для сварки карбид в пылеобразном состоянии и с фракцией около 2 мм, так как от бурной реакции произойдет взрыв;
  • хранить карбид нужно в герметичной емкости вдали от источников огня, влаги, водяных и канализационных труб;
  • не допускать попадания вещества на слизистые оболочки, в глаза и на кожу, поэтому при работе с ним использовать респиратор, перчатки и очки;
  • если материал, все же, попал на тело, тщательно промыть участки поражения большим количеством воды;
  • если сварка производится в помещении, требуется обеспечить его хорошую вентиляцию, а также убрать все горючие материалы;
  • при работе в подвальных помещениях генератор должен быть установлен на улице, запрещено его размещать в любых подвалах, а также в жилых зданиях;
  • перед зарядкой генератора необходимо убедиться в целостности его корпуса и оборудования;
  • в процессе сварки нужно, чтобы манометр был хорошо виден сварщику и его помощнику, а аппарат всегда стоял ровно;
  • запрещено вскрывать генератор, находящийся под давлением;
  • по завершении сварочных работ требуется тщательно выбрать неразложившийся карбид, гашеную известь, и тщательно промыть водой аппарат;
  • повторно использовать неразложившийся материал запрещено;
  • баллоны с ацетиленом перевозятся и хранятся с накрученными на клапаны предохранителями;
  • покупать карбид необходимо только у лицензированных производителей и продавцов, чей авторитет заработан годами добросовестного сотрудничества с клиентами;
  • сварка с применением самодельных генераторов запрещается, так как это может привести к трагическим событиям.

Если в своей профессиональной деятельности сварщик будет придерживаться требуемых норм безопасности, то для него газовая сварка будет приносить не только много пользы и денег, но и не навредит здоровью и жизни в целом.

Твердосплавный сварочный стержень – WALDUN

Твердосплавный сварочный стержень – полное руководство по часто задаваемым вопросам

Найти лучшие твердосплавные сварочные прутки на рынке – нелегкая задача. Из-за множества различных вариантов он стал чем-то особенным, и в то же время его трудно найти.

Но что на самом деле представляет собой сварочный стержень из карбида? Как вы можете использовать это, чтобы получить преимущество? Сегодня мы обсудим все, что вам нужно знать о сварочных стержнях из карбида – что это такое, как вы можете их использовать, где их найти и так далее.

Прежде чем мы это сделаем, давайте сначала проанализируем его. Давайте выясним, что означают слова «карбид» и «сварочный стержень».

Что такое карбид?

карбид представляет собой соединение, состоящее из металла и углерода. Однако есть некоторые источники, которые говорят, что упоминание только о «карбиде» неверно.

Поскольку это углерод и еще один ингредиент, слово «карбид» само по себе не подходит. Самый распространенный металл, связанный с ним, – вольфрам.

Итак, когда вы слышите что-то вроде сварочного стержня из карбида, это может быть любой металл + углерод.

Что такое сварочный стержень?

А сварочный стержень это материал, который вы используете для соединения двух металлических частей посредством сварки.

Это один из множества различных типов сварочных электродов, представленных на рынке.

Что такое карбидная сварка?

Карбидная сварка – это процедура плавления карбидный материал для сплавления с другим материалом.

Вы можете использовать его для любого из следующих процессов:

  • Наплавка;
  • Облицовка;
  • Наложение сварного шва; или
  • Любые другие процедуры, связанные со сваркой.

Понимание, что такое твердосплавные сварочные стержни

Твердосплавные сварочные стержни может быть любой тип соединения (углерод + металл), который вы можете использовать для сварки.

Одним из наиболее распространенных примеров сварочного стержня из карбида является карбид вольфрама. Другие могут включать карбид титана, карбид ванадия и т. Д.

Вы могли бы использовать их как электрод для облегчения процедуры сварки; они то, что откладывается и тает.

Что такое электрод из карбида вольфрама?

Это электрод, то есть это может быть стержень, проволока и т. Д.

А электрод из карбида вольфрама это материал, сделанный из вольфрама, который можно использовать для сплавления металлических частей вместе.

Как производится карбид вольфрама?

Вы можете создать карбид вольфрама, используя процедуру порошковой металлургии.

Это когда вы нагреваете порошкообразный вольфрам и смешиваете его с кобальтом при приложении давления.

Создание твердосплавных сварочных стержней

Процесс создания сварочных стержней из карбида вольфрама:

  1. Подготовка сырья
  2. Использование шаровой мельницы (комбинация сырья)
  3. Готовый продукт из шаровой мельницы попадает в камеры тушения.
  4. Осмотр продукта
  5. Обработка после осмотра
  6. Спекание или формование продукта

Что такое процесс наплавки?

Это процедура, при которой материал наносится на основной металл. Вы можете выполнить наплавку с помощью любого из следующих процессов:

  • Сварочные процессы
  • Спрей-термозакрепление
  • Термальные спреи

Цель наплавки

Целью выполнения наплавки является продление срока службы этой детали или материала. Кроме того, вы можете найти это полезным по-разному, в том числе:

  • Создание износостойкого материала
  • Восстановление изношенной поверхности
  • И многое другое

Наплавка карбидом вольфрама

Это процесс наплавки детали или компонента карбидом вольфрама.

Это выгодно, потому что свойства карбида вольфрама заложены в основном металле. При выполнении наплавки карбидом вольфрама твердосплавными сварочными стержнями можно ожидать:

  • Высочайшая стойкость к истиранию
  • Отличная устойчивость к износу
  • Влагостойкость
  • И так далее

Композиты, используемые для наплавки вольфрамом

Чтобы иметь возможность выполнять наплавку вольфрамом, вам потребуются машины и оборудование. Это может быть что угодно, от устройства подачи вольфрама, сварочных аппаратов SMAW и так далее.

Кроме того, вам потребуются сварочные стержни или электроды из карбида вольфрама. Здесь вы получите свойства для передачи в деталь или компонент.

Применение сварочного стержня из карбида вольфрама

Сварочные прутки из карбида вольфрама можно применять для различных целей. Некоторые из них включают:

  • Инженерное оборудование и техника
  • Лезвия миксера
  • Желоба угольной шахты
  • Горное оборудование
  • Инструменты и оборудование для наплавки
  • Угольные буровые установки
  • Инструменты для бурения нефтяных скважин
  • И многое другое

Как вы могли заметить, это обычное явление в приложениях, где износ и истирание очень высоки. Его свойства делают сварочные прутки из карбида вольфрама эффективным дополнением к нему.

Особенности и свойства сварочных стержней из карбида

Высокая твердость

Сварочные прутки из карбида вольфрама известны своей высокой твердостью.

Он находится между 9 и 9,5 по шкале твердости Мооса, что делает их одним из самых твердых материалов, которые вы можете использовать.

Устойчивость к коррозии и истиранию

Кроме того, известно, что на них действуют только некоторые минеральные кислоты.

Они идеально подходят для всех ваших потребностей в устойчивости к истиранию и коррозии, если вы будете использовать их в химической или морской отрасли.

Устойчивость к высоким давлениям и температурам

Сварочные прутки из карбида вольфрама можно использовать даже в областях с высоким давлением и температурой. У вас никогда не будет страха деформации и порчи.

Это лишь некоторые из наиболее распространенных свойств и особенностей твердосплавных сварочных стержней. Есть и другие, и это будет зависеть от вашего приложения.

Где можно получить высококачественные сварочные стержни из карбида?

В отрасли много производителей сварочных стержней из карбида вольфрама. Но если вы ищете лучших и пользующихся наибольшим доверием, Китай входит в первую десятку.

Мы здесь, в Waldun, не можем гордиться своим положением в отрасли. Являясь ведущим производителем сварочных стержней из карбида вольфрама, мы можем удовлетворить все ваши потребности!

Мы можем помочь вам в изготовлении специальных сварочных стержней из карбида в зависимости от ваших потребностей!

Если вы хотите быть уверены, мы даже можем предоставить и отправить вам бесплатный образец!

Работайте с Waldun, и вы получите самые лучшие и высококачественные сварочные прутки из карбида вольфрама на рынке!

Новости / Служба новостей ТПУ

Ученые Томского политехнического университета разработали и запатентовали простой и недорогой метод получения сверхтвердого и огнеупорного материала — карбида кремния — из отходов деревообработки. Этот материал используется, например, при создании защитных элементов в бронемашинах и бронежилетах, тормозных систем спорткаров. Разработанный метод позволяет отказаться от дорогих вакуумных камер, сопутствующего оборудования и больших затрат на их подготовку. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Chemistry and Physics (IF: 4,094; Q2). Подробнее о работе ученых ТПУ рассказали журналистам ТАСС.

Сейчас карбид кремния, как и другие карбиды, получают в дорогостоящих вакуумных установках, откуда в течение длительного времени выкачивается весь кислород, чтобы провести при температуре до 2 500 градусов Цельсия нужную реакцию с углеродом и кремнием.

«Мы разработали безвакуумный электродуговой метод. С его помощью мы получаем карбид кремния из древесного угля. Для создания древесного угля используются пиролизированные опилки, обработанные под воздействием очень высокой температуры. То есть это отходы деревообрабатывающего производства», — рассказал журналистам один из разработчиков, научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Экоэнергетика 4.0» ТПУ

Александр Пак.

Метод ученых ТПУ позволяет отказаться от дорогих вакуумных камер, сопутствующего оборудования и многочасовых затрат на их подготовку.

В установке, разработанной в ТПУ, ионизируются воздух вокруг объекта, получается облако газа, которое вытесняет кислород и не дает углю гореть. Затем при помощи сильного дугового разряда электричества, достигают за считанные секунды нужной температуры, получая кристаллы карбида кремния.

В отличие от прямых аналогов, этот метод наиболее удобный, энергоэффективный и быстрый, что позволяет снизить стоимость производства материала.

Справка:

Карбид кремния отличают такие свойства, как огнеупорность или способность противостоять пламени на открытом воздухе, а также тугоплавкость (сопротивление воздействию высоких температур) и сверхтвердость (высокая прочность). Используется карбид кремния для производства брони бронетехники, бронежилетов, тугоплавких фильтров и тормозных дисков в спортивных автомобилях, например, в спорткарах Bentley, Ferrari и Lamborghini.

Карбид расход при сварке – Справочник химика 21

    Ориентировочные нормы по определению расхода карбида и кислорода на сварку труб, приварку фланцев, [c.186]

    Газовая сварка — это процесс, при котором концы свариваемых труб и присадочного материала нагреваются и расплавляются в пламени сгораемых газов (чаще всего ацетилена) в смеси с кислородом. По сравнению с электросваркой этот вид сварки менее производительный и неавтоматизированный, более дорогой, так как расходуются кислород, а также дефицитный и взрывоопасный ацетилен или карбид кальция. Газовая сварка применяется для сварки деталей со стенками толщиной до 3—4 мм, а также труб диаметром до 50—70 мм. [c.103]


    РАСХОД КАРБИДА, ГАЗОВ, ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ПРИСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА ПРИ СВАРКЕ И РЕЗКЕ [c.220]

    А карбид кальция — вещество, открытое случайно при испытании новой конструкции печи Несколько лет назад карбид кальция СаСг использовали главным образом для автогенной сварки и резки металлов. При взаимодействии карбида с водой образуется ацетилен. Горение ацетилена в струе кислорода позволяет получать температуру почти 3000° С. В последнее время ацетилен, а следовательно, и карбид, все меньше расходуются для сварки и все больше — в химической промышленности. [c.306]

    В современных условиях уровень развития электротермических производств в значительной степени определяет технический прогресс целого ряда других отраслей промышленности. На основе электротермических процессов организовано производство карбидов кремния, бора и электрокорунда, применяемых для изготовления высококачественных абразивных изделий, без которых не может нормально работать ни одно машиностроительное предприятие. Электротермическим путем производят карбид кальция, используемый для получения ацетилена, который расходуется в больших количествах при автогенной сварке и резке, а также для получения синтетического спирта, уксусной кислоты и других химических продуктов. 

[c.7]

    Вначале карбид кальция использовался для получения ацетилена в небольших переносных или стационарных генераторах — только для целей сварки или резки металла. В машиностроении и в ремонтных службах заводов и в настоящее время применяется карбид кальция, причем во все возрастающих количествах. Но, как отмечалось ранее, теперь большая часть карбида кальция используется химической промышленностью для производства продуктов органического синтеза. Некоторая доля карбида кальция все еще потребляется в производстве цианамида. Однако расход карбида на эти цели не превышает 3—5% от его общего производства, и это — единственная область применения собственно карбида кальция. [c.43]

    В настоящее время около половины всей мировой продукции карбида кальция расходуется на получение ацетилена для целей резки и сварки металла, около 30% для различных органических синтезов на основе ацетилена и 20% на производство цианамида кальция. При этом необходимо подчеркнуть резко выраженную за последние годы тенденцию значительного роста потребления карбида кальция для целей органических синтезов, из которых наибольшее значение имеет производство хлоропренового каучука [4]. [c.83]


    Расход пропан-бутановой смеси. Для разделительной кислородной резки, пламенной закалки, пайки и сварки цветных металлов коэффициент замены карбида кальция пропан-бутановой смесью равен 0,3 вместо 1 т карбида кальция (235 ацетилена) необходимо 0,3 т сжиженной пропан-бутановой смеси. [c.228]

    Народнохозяйственное значение производства ацетилена связано с двумя главными направлениями его использования для газопламенной сварки и резки металла, а также для химической переработки, для синтеза на его основе многочисленных химических продуктов. До 1964 г. ацетилен из карбида кальция расходовался примерно поровну на газопламенную обработку металлов и на органический синтез. [c.5]

    Карбид кальция в больших количествах расходуется на получение ацетилена, который применяется для резки и сварки металлов и в качестве исходного материала для промышленного органического синтеза. Карбид кальция в больших количествах применяется также для производства цианамида кальция a Nj— хорошего азотного удобрения. Транспортирование, хранение и использование карбида кальция необходимо осуществлять с соблюдением установленных правил техники безопасности ввиду огнеопасности и взрывоопасности ацетилена. [c.64]

    Генераторы системы вода на карбид более компактны расход воды в таких генераторах значительно меньше, чем в генераторах системы карбид в воду . Они очень удобны для получения ацетилена непосредственно на месте”выполнения сварочных работ (автогенная сварка). На химических заводах обычно применяются ацетиленовые генераторы системы карбид в воду производительностью до 500 м ч ацетилена и так называемые сухие пли бесшламовые генераторы производительностью 2000 ацетилена. [c.139]

    Необходимые количества этих металлов для устранения МКК значительно превосходят те количества, которые можно рассчитать, исходя из соотношений металла к углероду в образующихся карбидах, так как часть их расходуется на образование нитридов, а часть растворяется в аустените. Аустенитная сталь 12Х18Н10Т может подвергаться МКК после отпуска при 500—800 °С при соотношении Т1 С = 6—8, а в некоторых случаях, например, после длительного отпуска (до 5000 ч) при 500—600 °С и при более высоком (до 17). При обычном содержании азота в стали (следующие соотношения, % (вес) Т1 С>5 МЬ С>11 Та С>20 [96]. Недостаток легирования ниобием аустенитных хромоникелевых сталей заключается в возмол[c.105]


Где и для чего применяется карбид кальция

Карбид кальция – кристаллическое твердое вещество. На изломе продукт имеет кристаллический вид серого цвета с разнообразными оттенками, которые зависят от чистоты.

Внешне карбид представляет собой коричневое или темно-серое твердое вещество, которое отличается высокой степенью поглощения воды.

Даже при низкой температуре, во время взаимодействия с водой вещество разлагается с выделением большого количества тепла и ацетилена. Разложение карбида возможно и под воздействием атмосферной влаги. Получение карбида – это процесс сплавления в печи негашеной извести и кокса, после чего его оставляют затвердевать в изложницах. Далее карбид дробится на куски. Состав технического карбида кальция: 80% чистого карбида и примеси (углерод, кремнекислота, негашеная известь).

Карбид кальция http://moskva.all.biz/karbid-kalciya-bgg1001275 применяется для освещения и автогенных работ, а также для производства продуктов органического синтеза, ацетиленовой сажи и каучука.

Кроме того, из представленного вещества получают винилхлорид, уксусную кислоту, акрилонитрил, этилен, искусственные смолы, хлорпроизводные ацетилена, стирол и ацетон. С помощью карбида кальция получают цианамид кальция, т.е удобрение и карбидно-карбамидный регулятор роста растений. Ацетилен получают во время разложения карбида кальция с помощью воды, в качестве отхода получают гашеную известь. Разложение проходит быстро с выделением большого количества тепла.

Из одного килограмма карбида получают около 250 литров ацетилена, данная величина зависит от его грануляции и сорта. Таким образом, чем крупнее и чище карбид кальция, тем больше ацетилена будет получено во время разложения. Для данного процесса потребуется около 0.5 литров воды. Скорость разложения зависит от чистоты карбида, температуры, грануляции и степени очистки воды. 

20.09.2015 08:14

Какие газы используются при газовой сварке

Газовая сварка: какие газы используются

Газовая сварка — плавление кромок соединяемых деталей в высокотемпературном пламени горелки с формированием шва. Выбор газа для сварки зависит от множества факторов:

  • соединяемого металла;
  • желаемой формы шва;
  • типа газового оборудования;
  • условий работы;
  • свойств химического состава;
  • необходимой температуры плавления.

Давайте перечислим, какие газы используются в газовой сварке: это может быть ацетилен, МАФ, пропан, бутан, бензол, керосин, кислород, коксовый и углекислый газы и другие. Наиболее активно используется ацетилен, который при наличии кислорода дает температуру в 3 тысячи градусов.

Ацетилен

Чистый ацетилен (С2Н2) — бесцветный, с резким запахом чеснока, оставляющий сладковатый привкус во рту при вдыхании. Он легкий (легче воздуха) и достаточно вредный для человека. Ацетилен можно получать либо на месте (соединять карбид кальция с водой), либо везти его готовый в газовых баллонах. Карбид кальция — это твердое кристаллическое вещество, образуется путем плавления извести и кокса при температуре 19002300С. При больших объемах работ выгодно, когда используются ацетиленовые генераторы, в остальных же случаях удобно забирать ацетилен из баллонов. К преимуществам этого газа можно отнести высокую температуру горения, простоту получения, удобство регулирования. К недостаткам относят его взрывоопасность и немалую стоимость.

Заменители ацетилена

К газам-заменителям С2Н2 относятся пропан и пропан-бутановая смесь, водород, коксовый газ, бензин, керосин. Они обладают достаточно высокими теплотворными способностями. Однако для качественной работы требуется больше кислорода, а t пламени при этом все равно ниже, чем у ацетилена. Поэтому пропан, бутан и другие варианты используются чаще при изготовлении металлоконструкций из цветных, легкоплавких металлов. Сталь соединить ими трудно.

Кислород

Это катализатор горения, который должен использоваться при газовой сварке независимо от выбранного газа. Подаваемый в горелку кислород в идеале должен быть абсолютно чистым. От этого зависит максимальная температура, которая образуется во время работы, что влияет на качество швов. Технический кислород имеет 3 сорта чистоты: от 99,7% до 99,2%. Чем он качественнее, тем выше скорость газовой сварки и меньше расход.

Газообразный кислород бесцветный и прозрачный, без запаха и вкуса, тяжелее воздуха. Его получают при помощи глубокого охлаждения из воздуха, либо методом электролиза из воды. Он может храниться и использоваться в газообразном состоянии в баллонах или в танках, в жидком виде. При избытке О2 шов металла окисляется, что снижает прочность изделия. Поэтому важно контролировать процентное соотношение газообразных веществ.

Углекислый газ

Углекислый газ (СО2) имеет сильный запах и ярко выраженные окислительные свойства. Хорошо растворяется в воде и весит в полтора раза больше воздуха. Различают 3 сорта вещества, которые используются при соединении чугунных, углеродистых металлов и сплавов, коррозийных сталей и низколегированных конструкций.

Защитные элементы

При газовой сварке используются также инертные газы, которые служат защитой сварочной ванны от воздуха. Они не взаимодействуют с металлом и не растворяются в нем, у них нет цвета и запаха.

  • Аргон. Негорючий, тяжелее воздуха в 1,5 раза. Высший сорт используется для аргонодуговой сварки активных, редких металлов и сплавов. Первый подходит для алюминиевых и стальных изделий.
  • Гелий. Легче воздуха. Рекомендуется для газовой сварки чистых и активных металлов, а также алюминия и стали.
  • Азот. Применяется для меди и сплавов из нее. Различают 4 сорта азота с разной долей содержания вещества.

Улучшают процесс и качество шва при изготовлении металлоконструкций сварочные смеси: гелий с аргоном, аргон с кислородом или/и углекислым газом-помощником и другие.

Карбиды и твердосплавные материалы (твердые сплавы) Руководство по выбору: типы, характеристики, применение

Карбиды и твердосплавные материалы обладают отличной износостойкостью и высокой жаропрочностью. Иногда их называют твердыми металлами. Области применения включают быстроизнашивающиеся детали и инструменты, химическую обработку и обработку материалов, строительство, стены и кровлю. Карбиды также используются в высоковольтных, радиочастотных и микроволновых устройствах. Карбиды и твердосплавные материалы поставляются в различных формах, размерах и формах.Они различаются по тепловым, электрическим и механическим характеристикам, а также по физическим и оптическим свойствам.

Карбиды – это бинарные соединения углерода и элемента с более низкой или сопоставимой электроотрицательностью. Эти углеродсодержащие сплавы представляют собой легирование металла и полупроводника, такого как сталь. Карбиды обычно производятся в электродуговой печи. Такие продукты, как чистый кремний, производятся с помощью процесса Lely, в котором углеродный порошок сублимируется в аргоне, а затем повторно осаждается.

Типы

Примеры различных типов карбидов включают карбид бора, карбид кремния и карбид вольфрама (WC).

Карбид бора (B 4 C) имеет более высокую твердость, чем оксид алюминия или карбид кремния. Его продукт окисления (B 2 O 3 ) обеспечивает защиту кожи при высоких температурах (> 800 o C). Из-за своей высокой твердости и износостойкости карбид бора применяется в низкотемпературных приложениях, таких как правка шлифовальных кругов, а также сопла абразивоструйной очистки или водоструйной очистки.Карбид бора используется в соплах для пескоструйной очистки, соплах для гидроабразивной резки под высоким давлением, в покрытиях, устойчивых к царапинам и износу, в режущих инструментах и ​​штампах, абразивах и поглотителях нейтронов в ядерных реакторах.

Карбид кремния (SiC) представляет собой соединение металлоида кремния и кислорода. Обычно SiC используется в структурной форме альфа-карбида кремния. Карбид кремния – это черная керамика с высокой твердостью, которая обычно тверже оксида алюминия. В зависимости от добавления примесей SiC может иметь зеленый или черный цвет.Плотный SiC может быть прозрачным (муассанит). Карбид кремния используется в конструкционных материалах, астрономии, дисковых тормозах, сажевых фильтрах, режущих инструментах и ​​нагревательных элементах. Порошок карбида кремния высокой чистоты используется в производстве полупроводников.

Карбид вольфрама (WC) – это соединения металлического вольфрама и углерода. Карбиды металлов также известны как твердые металлы. Карбиды металлов обладают высокой твердостью и высокой твердостью в горячем состоянии, что делает их пригодными для использования в режущих инструментах, штампах и других областях применения, связанных с износом.В карбидах металлов часто используются связи кобальта, никеля или интерметаллических металлов между зернами (цементированные карбиды), что приводит к повышенной ударной вязкости по сравнению с чистым карбидом или керамикой. Карбид вольфрама используется для изготовления бронебойных боеприпасов и жаропрочных сплавов.

Другие типы карбидных материалов включают карбид кальция, карбид алюминия, карбид титана и другие соединения металла или металлоида и углерода.

Изображение кредита:

Insaco, Inc. | Accuratus Corporation


Карбид – обзор | Темы ScienceDirect

2.1.1 Сборка нанокомпозитных материалов на основе карбида бора

Карбиды бора с приблизительной химической формулой B 4 C являются одними из наиболее полезных неоксидных керамик, используемых в современном машиностроении, благодаря уникальному сочетанию их физико-химических и механических свойств, таких как высокий модуль упругости, высокая твердость, низкая плотность, повышенная износостойкость, высокая температура плавления, низкий коэффициент теплового расширения (TEC) и др. Среди известных материалов он характеризуется самым высоким значением отношения твердости к плотности [1 ].Все эти свойства делают карбид бора привлекательным для множества важных промышленных применений, включая абразивные материалы, износостойкие покрытия, легкие баллистические бронежилеты, материалы для ядерной промышленности, детекторы нейтронов и т. Д.

Однако дальнейшее технологическое применение карбида бора ограничено другими свойства, характерные для этого материала, такие как хрупкость, низкая ударная вязкость, низкая теплопроводность и неустойчивость к термическим напряжениям. По этой причине сегодня все больше внимания уделяется созданию так называемых гетеромодульных композитных металлокерамических материалов на основе карбида бора, в которых твердость и износостойкость керамической матрицы сочетаются с ударной вязкостью и пластичностью металлической связки.

На основе теории сплошных сред и теории микромеханики в основополагающей работе [2] было показано, как можно значительно улучшить свойства высокотемпературных структур с низким удельным сопротивлением термическим напряжениям путем введения в них дисперсной фазы. с низким модулем упругости.

Создание гетеромодульного материала на основе карбида бора возможно, когда (1) исходный карбид бора является высокодисперсным и (2) металлическое связующее обладает высокой адгезионной способностью и низкой химической реакционной способностью по отношению к карбиду бора.

Для создания металлокерамических композитных систем на основе карбида бора необходимо знать, как выбрать металлическую связку. Следует учитывать смачивание керамических поверхностей частиц расплавленным связующим, его адгезионную способность, возможность управления процессами на межфазных границах, разницу между ТЭО керамики и металла и т. Д. Кроме того, металл не должен разрушаться. свойства керамической матрицы.

В общем, манипуляции с механическими и тепловыми интерфейсами, безусловно, необходимы для создания эффективных нанокомпозитов на основе карбида бора.Если сборка керамического компонента – карбида бора – проводится в нанокристаллическом состоянии, это должно привести к качественному улучшению физико-механических свойств материала, поскольку вклад поверхностных слоев будет определяющим в энергетическом балансе материала. система. В таких условиях он должен кардинально изменить спектр колебаний атомов, влияющих на диффузию и все процессы переноса. Соответственно, адгезионная способность относительно пассивных металлических компонентов должна быть существенно улучшена.

Еще одно препятствие к более широкому использованию привлекательного комплекса свойств карбида бора связано со сложностью прессования его порошков. В настоящее время основным способом получения достаточно консолидированных образцов является высокотемпературное (~ 2000 ° C) прессование. С помощью этого метода можно формировать образцы только небольших размеров и простой геометрии. Более того, поскольку при таких температурах агломерация кристаллитов карбида бора усиливается, сохранение наноструктуры в консолидированных образцах становится слишком сложным и, следовательно, ухудшается качество материала.Соответственно, целесообразно поискать процессы сборки нанокомпозитов на основе карбида бора, которые будут проводиться при не слишком высоких температурах.

В этом разделе дается краткий обзор имеющихся данных по уже полученным металлокерамическим нанокомпозитам на основе карбида бора. Это только перечисленные металлические компоненты (не сами добавки бора и / или углерода), а затем охарактеризованные порошковые карбиды бора.

Также описана оригинальная технология производства, разработанная для твердых нанокристаллических сплавов, которая включает распыление смесей растворимых соединений соответствующих элементов и высокомолекулярных жидких углеводородов внутри реактора с восстановительной средой и последующее объединение процессов восстановления и селективной карбонизации внутри реактора. определенный температурный интервал.Это позволяет получать продукты, в которых компоненты находятся в высокодисперсном нанокристаллическом состоянии.

Важные карбидные химикаты и промышленное применение

Карбиды представляют собой комбинацию специальных металлов и углерода для образования очень твердых материалов, более твердых, чем у закаленной стали. Поэтому они используются в приложениях, требующих особой прочности, таких как долота для станков, буровые и горные работы.

Механические свойства карбидов

Механические свойства карбидов определяются в единицах;

  • Твердость при различных температурах
  • Твердость, измеренная при комнатной температуре
  • Прочность на сжатие в мегапаскалях
  • Поперечная сила разрыва в мегапаскалях
  • Эластичность

Карбид тантала имеет твердость 1570 Hv (твердость по Виккерсу) при 20 0 c и 800 Hv при 730 0 c, по сравнению с карбидом титана, который показывает твердость 2930 Hv при 20 0 c и 640 Hv при 730 0 c.Различные карбиды будут демонстрировать разные механические свойства.

Промышленное применение карбидов

Особое сочетание физических и структурных свойств карбидов позволяет им использовать их в промышленности. К ним относятся:

  • Устойчивость к истиранию очень высокая, и они легко превосходят твердые стали.
  • Сопротивление прогибу: по сравнению со стальными прутками той же марки карбиды имеют модуль упругости до трех раз больше, что соответствует прогибу на одну треть по сравнению со стальными прутками.

Эти свойства делают эти карбидные химикаты очень эффективными в условиях экстремальных температур и давлений, например, в сверлильных и станочных долотах. Шарики из карбида также используются в качестве измельчающих веществ из-за их твердости в мельницах Attritor. Некоторые специфические карбидные химические вещества включают;

Карбид тантала

Он имеет очень прочные ковалентные связи в своей структуре, образуя твердый и хрупкий материал. Он обладает очень высокой степенью стабильности и сопротивления, поэтому используется для повышения производительности обрабатывающих инструментов из очень твердых металлов.

Порошок карбида хрома

Порошок карбида хрома, используемый при производстве уплотнений подшипников, седел клапанов, и его способность противостоять коррозии делает его пригодным для применений, где вероятна химическая коррозия. Он также используется в качестве горячего спрея для защиты уязвимых металлических поверхностей.

Карбид ферротитана

Карбид ферротитана эффективно решает многие проблемы износа и позволяет повторно использовать изношенные и восстановленные детали станков.Он легко подвергается повторной механической обработке и упрочняется за счет простой термической обработки.

Порошок карбида гафния

Этот состав используется в производстве твердых покрытий, таких как плазменное напыление. Форма питания используется в приложениях, требующих больших площадей, таких как топливные элементы и солнечные батареи.

Карбид кремния

Обладая химической формулой Sic, он долгое время использовался в качестве абразивного вещества, поэтому его использовали при производстве наждачной бумаги, шлифовальных кругов и режущих инструментов в промышленности.Он также используется в нагревательных элементах печей и в огнеупорной футеровке.

Порошок TiNC

Обозначается как порошок нитрида титана углерода, он используется для упрочнения и защиты поверхностей резки и скольжения. Он также используется в декоративных целях благодаря внешнему виду, напоминающему золото, а также в качестве нетоксичного покрытия для медицинских имплантатов.

Порошок карбида титана

Используется в качестве добавки при производстве инструментов и твердой керамики.

Порошок карбида вольфрама

Благодаря своей твердости и вязкости имеет ряд промышленных применений. Порошок имеет различный размер зерна, и, используя связующий материал, инженеры могут разработать множество очень твердых компонентов, используемых при производстве компонентов станков. Порошок карбида вольфрама можно цементировать и использовать в производстве очень твердых зубчатых колес и специальных инструментов, используемых в горнодобывающей и нефтедобывающей отраслях.

Порошок карбида ванадия

Признан самым твердым из известных карбидов металлов и производится нагреванием оксидов ванадия с углеродом до температур более 1000 0 c

Порошок карбида циркония

Он имеет чрезвычайно твердый огнеупорный материал поэтому также используется в производстве насадок для режущих головок станков.

11 января 2021 г.

«Что такое карбид вольфрама?» Вы спросили, мы ответили.

Задача на день:

Что общего у бутылки кетчупа, банки колы и обручального кольца, изготовленного на заказ?

В дополнение к перечисленным позициям почти все, что мы используем, а в некоторых случаях даже изнашиваем, каким-либо образом подвергалось воздействию инструмента, сделанного из карбида вольфрама .

От штампов и ножей, используемых для изготовления туалетных принадлежностей, бутылок и банки колы; к износостойким предметам, используемым для обработки пищи, таким как кетчуп и соус для спагетти; к инструментам, таким как биты для дорожного строительства, которые используются для выкапывания асфальта и цемента на наших дорогах; сверла и концевые фрезы, используемые для резки металла и изготовления таких деталей автомобилей, как блоки двигателя, поршни, тормоза, шестерни и т. д., Карбид вольфрама является общим звеном среди всех.

Что такое карбид вольфрама?

Карбид вольфрама часто используется как общий термин для композитного материала, содержащего твердые частицы, состоящие из карбида вольфрама, а также более мягкий металлический связующий материал, используемый для удержания частиц на месте. Это очень твердый и плотный материал, который обычно используется для формирования и придания формы другим материалам в таких процессах, как ковка и механическая обработка.

Карбид вольфрама обычно называют «цементированным карбидом» из-за его сходства с бетоном (как показано на рисунке.)

Левый (WC-Co), Правый (бетон)

Как видите, породы или заполнитель сравниваются с карбидом вольфрама, а цемент, удерживающий заполнитель на месте, сравнивается с кобальтом, никелем или железом, используемыми для связывания карбида вольфрама.

Знаете ли вы? Прочность карбида вольфрама при сжатии, когда силы пытаются сжать атомы ближе друг к другу, является самой высокой из всех известных материалов.

Карбид вольфрама произвел революцию в области обработки металлов, таких как сталь, титан и никелевые сплавы, для создания сложных деталей, которые помогли проложить путь технической революции последних 100 с лишним лет.

Каковы свойства карбида вольфрама?

В сочетании с высокой теплопроводностью, чрезвычайно высокой прочностью (особенно при сжатии) и чрезвычайно высокой жесткостью карбид вольфрама является предпочтительным материалом для всех типов металлообрабатывающих и режущих инструментов.

Карбид вольфрама по своим свойствам также отвечает требованиям для других типов изнашиваемых деталей, таких как большие штампы и пуансоны, используемые для создания синтетических алмазов. Алмазный процесс требует чрезвычайно высоких давлений и высоких температур, что делает карбид вольфрама единственным материалом, который можно выбрать в этой области применения.

Знаете ли вы? Kennametal была основана в 1938 году на основе изобретения, направленного на улучшение свойств карбида вольфрама, что позволило значительно повысить производительность обработки стали.

Замечательные свойства карбида вольфрама включают твердость, приближающуюся к твердости алмаза – самого твердого материала, известного человеку. Помните обручальное кольцо, изготовленное по индивидуальному заказу, о котором мы упоминали ранее? Обручальные кольца и все другие формы украшений из вольфрама на самом деле состоят из карбида вольфрама.Обладая высокой устойчивостью к местной деформации, кольцо из карбида вольфрама не только обеспечивает исключительную прочность, но и защищает от царапин.

Как образуется карбид вольфрама?

Хотите знать, как на самом деле производится этот редкий, чрезвычайно плотный керамический / металлический материал с чрезвычайно высокой температурой плавления? Хорошие новости: мы займемся этим вопросом в следующий раз.

Мы проведем вас через следующий пошаговый процесс производства карбида вольфрама:
  1. Синтезировать из источника
  2. Науглероживание
  3. Мельница и смесь
  4. Сушка и гранулирование
  5. Форма
  6. Удаление воска и агломерата
  7. Постобработка


Что еще мы приготовили для вас?

Kennametal Innovations Ventures Group (IVG) продолжит нашу серию карбида вольфрама статьями, в которых будут представлены: Производство порошка карбида вольфрама, роль порошка карбида вольфрама в 3D-печати и многое другое!

Ищете предложение по нашему широкому ассортименту порошков вольфрама Firth Sterling, порошков карбида вольфрама или порошков, готовых к прессованию? Посетите здесь .

Что такое карбидная лампа? (с изображением)

Карбидная лампа – это лампа, предназначенная для сжигания ацетилена, газа, который при правильных условиях будет гореть горячим и ярким. Эти типы ламп изначально были разработаны для горнодобывающей промышленности, и хотя они в значительной степени были заменены электрическими лампами, некоторые люди до сих пор используют карбидные лампы для спелеологии, кемпинга и горных работ. Антикварные версии можно приобрести на аукционе или в антикварном магазине, а новые версии можно приобрести у уличных поставщиков, которые продают туристическое снаряжение и сопутствующие товары.

Конструкция карбидной лампы включает две камеры, соединенные вентилем. Когда клапан открыт, вода может капать из верхней камеры в нижнюю камеру, которая заполнена карбидом кальция.Это вызывает химическую реакцию с образованием ацетилена, когда газ выходит из сопла перед лампой. Ацетилен можно зажечь спичкой или подобным устройством, создав яркое пламя. Часто на лампу устанавливают отражатель для рассеивания света.

Лампа представляет собой потенциальную угрозу безопасности.Важно следить за тем, чтобы сопло было чистым, чтобы газ мог выйти, иначе лампа может взорваться из-за повышения давления внутри. Также очень важно иметь возможность управлять клапаном, через который капает вода, поскольку это контролирует количество газа, производимого внутри камер. Когда карбидная лампа не используется, клапан должен надежно закрываться, чтобы не образовывался горючий газ. Эти лампы также сильно нагреваются, что может стать проблемой.

Свет, излучаемый карбидной лампой, яркий, белый и ровный.Равномерный характер света может быть очень полезен в подземных помещениях, где источники света с нитями и линзами могут отбрасывать необычные тени. Тени могут скрывать важную визуальную информацию или сбивать с толку пространство, что может дезориентировать под землей, когда людям не хватает системы координат, по которой они могут определить, где они находятся.

Карбид кальция для работы в карбидных лампах промышленного производства.Его можно получить через ряд компаний. Многие магазины, которые продают новые лампы из карбида кальция, также продают заправки из карбида кальция или могут указать людям на потенциальные источники. Для людей, покупающих старинные лампы, очень важно очистить и осмотреть лампу, уделяя особое внимание проверке клапана и сопла, прежде чем заправлять лампу и проверять ее. Также рекомендуется проверить карбидную лампу в контролируемой среде с огнетушителем в пределах досягаемости на случай возникновения проблемы.

Republic Alloys – Покупатели карбидного металлолома

Металлолом из карбида не везде доступен.Это не то, с чем может столкнуться скребок. Карбид, и особенно карбид вольфрама, – это ценный и очень редкий материал, который ищут специалисты по восстановлению металлов. Его можно найти только в нескольких приложениях, но это чрезвычайно важные приложения, на которые полагаются несколько отраслей. Это делает переработку карбида достойной целью, и обычно ее нужно решать с помощью опытного специалиста по рекуперации металлов.

Химия карбидов

Карбид обычно относится к карбиду вольфрама, который является одним из самых твердых материалов, которые люди могут производить.Его получают путем соединения равного количества атомов углерода и вольфрама, в результате чего получается чрезвычайно плотный и твердый материал. По шкале Мооса он оценивается от восьми до девяти, и есть только пара природных материалов, таких как алмаз, которые имеют более высокую оценку. Фактически, когда твердосплавные кромки необходимо затачивать после износа, это часто приходится делать с помощью инструмента с алмазной кромкой.

Карбид

ценится за эту невероятную твердость, потому что он обеспечивает непревзойденную абразивную стойкость, а также отличную термическую стойкость.Эти свойства позволяют использовать его в нескольких важных приложениях, в том числе:

1. Обработка – Твердосплавные сплавы используются в различных металлообрабатывающих инструментах. К ним относятся полотна пил, фрезерные станки, токарные станки, сверла и многие другие инструменты для формовки. Карбид очень полезен в этой ситуации, потому что он может выдержать гораздо больший износ, прежде чем его потребуется заменить. По сравнению со стальными инструментами они служат примерно в 20 раз дольше. А поскольку карбид может выдерживать более высокие температуры, его можно обрабатывать гораздо быстрее.Как правило, карбид необходим для длительных производственных циклов или для производства высококачественных компонентов, требующих прецизионной обработки.

Но даже самые прочные инструменты со временем изнашиваются, после того, как они не будут восстановлены заточкой, и когда твердосплавные инструменты готовы к списанию, их следует передать специалисту по восстановлению металлов.

2. Горное дело – Подобно механической обработке, твердый сплав используется в качестве точки контакта для режущих и шлифовальных инструментов.Эти инструменты включают сверла, развертки, молотки, долота и ножницы. Горнодобывающая промышленность предполагает агрессивную среду, и карбид обычно является материалом, который контактирует с заполнителем. Из карбида обычно формируются зубья или наконечники, которые закрепляются на стальной матрице, что снижает огромные затраты, которые возникли бы, если бы весь инструмент был сделан из карбида. Это намекает на впечатляющую ценность материала, даже если он доступен только в небольших количествах.

3. Нефть и газ – Неудивительно, что карбид также часто используется в нефтегазовой промышленности, где его способность выдерживать низкие уровни смазки делает его особенно ценным.Есть много таких применений на предприятиях по сжатию газа и переработке сырой нефти. Для этих целей из карбида обычно образуются небольшие компоненты, которые могут служить кольцами, уплотнениями, подшипниками, втулками и многими другими деталями.

4. Медицинское оборудование – Карбид также используется в высокопроизводительных хирургических инструментах, где его ценят за способность делать точные разрезы. Инструменты из карбида намного дороже инструментов из нержавеющей стали, но они часто необходимы хирургам, выполняющим сложные процедуры.Разница может означать гораздо более благоприятные исходы для пациентов.

5. Ювелирные изделия – карбид – интересный и все более популярный вариант изготовления декоративных изношенных колец. Оно примерно в 10 раз тверже 18-каратного золота, поэтому не поцарапается, что является обычной проблемой для золотых украшений. Карбид также дает привлекательный блеск, что еще больше повышает его стоимость. Тем не менее, что интересно, для удаления ювелирных изделий из карбида могут потребоваться специальные инструменты, если их нужно удалить сразу же, например, когда отекают пальцы или рука.

Независимо от того, откуда специалист по извлечению металлов получает свой карбид, обычно требуется значительная обработка, связанная с отделением материала от других металлов. Возможно, потребуется извлечь его из более крупных компонентов или из отработанной обрабатываемой массы. Короче говоря, требуется настоящий опыт, чтобы идентифицировать и удалить его из совокупных материалов. Многие скреперы могут даже не распознать, что это такое, при близком рассмотрении, поэтому любой эксперт по извлечению металлов, привлеченный для обработки материала, должен иметь опыт распознавания и обращения с ним.

Карбид

– впечатляющий материал, который используется в достойных промышленных применениях. Но когда пришло время утилизировать его, не позволяйте ему пропадать зря. Специалист по переработке металла позаботится о том, чтобы его снова пустили в оборот.

Карбид кремния (SiC): история и применение

Единственное соединение кремния и углерода – это карбид кремния (SiC) или карборунд. SiC действительно встречается в природе в виде минерала муассанита, но это встречается крайне редко. Однако с 1893 года его массово производят в виде порошка для использования в качестве абразива.В качестве абразива он более ста лет используется в шлифовальных кругах и во многих других сферах применения.

С помощью современных технологий была разработана высококачественная керамика технического класса с SiC, которая демонстрирует очень выгодные механические свойства, такие как:

  • Исключительная твердость
  • Высокая прочность
  • Низкая плотность
  • Высокий модуль упругости
  • Высокая термостойкость
  • Превосходная химическая инертность
  • Высокая теплопроводность
  • Низкое тепловое расширение

Эта высокопрочная и очень прочная керамика широко используется в таких устройствах, как автомобильные тормоза и сцепления, а также керамические пластины, встроенные в пуленепробиваемые жилеты.Карбид кремния также используется в полупроводниковых электронных устройствах, работающих при высоких температурах и / или высоких напряжениях, таких как воспламенители пламени, резистивный нагрев и электронные компоненты для жестких условий окружающей среды.

Использование SiC

в автомобильной промышленности

Одно из основных применений карбида кремния – высокопроизводительные “керамические” тормозные диски. Кремний соединяется с графитом в композите, образуя карбид кремния, армированный углеродным волокном (C / SiC). Эти тормозные диски используются на некоторых спортивных автомобилях, суперкарах и других мощных транспортных средствах.

Еще одно автомобильное применение SiC – это присадка к маслу. В этом приложении SiC снижает трение, выбросы и гармоники.

Раннее использование SiC

Светодиоды

Электролюминесценция была впервые обнаружена в 1907 году с использованием светодиодов из карбида кремния. Вскоре после этого были произведены первые коммерческие светодиоды на основе SiC. Советский Союз производил желтые светодиоды SiC в 1970-х годах, а синие – в 1980-х годах во всем мире.Затем, с появлением светодиодов из нитрида галлия (GaN), которые могут производить в десять или сто раз более яркое излучение, производство светодиодов на основе SiC было практически остановлено. Тем не менее, SiC по-прежнему является популярной подложкой для устройств на основе GaN, а также используется в качестве теплораспределителя мощных светодиодов.

Грозозащитные разрядники

SiC имеет высокое сопротивление до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое напряжение (V T ), после чего его сопротивление упадет до гораздо более низкого значения, пока приложенное напряжение не упадет ниже V T .Одним из первых электрических применений SiC, в которых использовалось это свойство, были молниеотводы в системах распределения электроэнергии (рис. 1).

Рис. 1. Применение грозозащитного разрядника из карбида кремния (изображение любезно предоставлено ArresterWorks).

Благодаря своему сопротивлению, зависящему от напряжения, столбы таблеток SiC были подключены между высоковольтными линиями электропередач и землей. Если молния ударяет в линию электропередачи, линейное напряжение повышается до V T SiC разрядника, заставляя ударный ток проводить на землю и безвредно проходить на землю, а не вдоль линии электропередачи.Однако было установлено, что эти SiC ОПН обладают значительной проводимостью при нормальных рабочих напряжениях в сети. Это потребовало их включения последовательно с искровым разрядником. Когда в результате удара молнии напряжение на проводе линии электропередачи повышается, искровой разрядник ионизируется и проводит ток, эффективно соединяя SiC разрядник с проводом питания и заземлением. Позже выяснилось, что искровые разрядники, используемые в молниеотводах, ненадежны. Они либо не смогли зажег дугу, когда это было необходимо, либо дуга не погасла, когда разряд молнии закончился из-за повреждения материала или загрязнения пылью или солью.Изначально кремниевые грозозащитные разрядники предназначались для устранения необходимости в искровом промежутке, но из-за их ненадежности разрядники из карбида кремния с зазором в значительной степени были заменены варисторами без зазора, в которых используются таблетки оксида цинка.

SiC в силовой электронике

Несколько полупроводниковых устройств производятся с использованием SiC, включая диоды Шоттки (также называемые диодами с барьером Шоттки или SBD), полевые транзисторы с переходным затвором (или JFET) и полевые МОП-транзисторы, используемые в мощных коммутационных устройствах. Первые коммерческие полевые транзисторы JFET на 1200 В были представлены в 2008 году компанией SemiSouth Laboratories (которая закрыла свои двери в 2013 году), а в 2011 году последовали первые коммерческие полевые МОП-транзисторы на 1200 В, произведенные компанией Cree.В это же время некоторые компании начали внедрять чистые SiC-диоды Шоттки в свои силовые электронные модули. Фактически, SiC SBD широко используются в силовых модулях IGBT и схемах коррекции коэффициента мощности (PFC).

Рисунок 2: Представление компонентов SiC: диод Шоттки, JFET и MOSFET.

SiC за и против

Что делает компоненты силовой электроники на основе SiC настолько привлекательными, так это тот факт, что при заданном запирающем напряжении плотность легирования может быть почти в сто раз выше, чем в устройствах на основе кремния.В результате может быть получено высокое напряжение блокировки при низком сопротивлении в открытом состоянии. Низкое сопротивление в открытом состоянии имеет решающее значение для приложений с большой мощностью, поскольку при уменьшении сопротивления в открытом состоянии будет выделяться меньше тепла, что снижает тепловую нагрузку системы и увеличивает общую эффективность.

Однако существует несколько трудностей, связанных с производством электронных компонентов на основе SiC, причем устранение дефектов является основной проблемой. Эти дефекты приводят к плохим характеристикам обратной блокировки в компонентах, изготовленных из кристаллов SiC.Помимо этой проблемы качества кристалла, трудности на границе раздела диоксида кремния с SiC препятствовали развитию как силовых полевых МОП-транзисторов на основе SiC, так и биполярных транзисторов с изолированным затвором. К счастью, использование процесса азотирования во время производства привело к значительному уменьшению дефектов, вызывающих эти проблемы с интерфейсом.

Абразивные пленки SiC

Карбид кремния до сих пор используется в качестве абразива во многих промышленных применениях. В электронной промышленности в основном используются притирочные пленки, которые используются для полировки концов волоконно-оптических жил перед сращиванием.Эти пленки обеспечивают высокую чистоту поверхности, необходимую для наиболее эффективного функционирования оптоволоконных стыков.

Заключение

Карбид кремния производится более ста лет. Однако только недавно SiC начал применяться в индустрии силовой электроники. Его физические и электрические свойства делают этот материал особенно полезным при работе с высоким напряжением и высокими температурами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *