सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) को इसके स्थिर रासायनिक गुणों, उच्च तापीय चालकता, कम तापीय विस्तार गुणांक और असाधारण घर्षण प्रतिरोध के लिए मनाया जाता है। पहनने के लिए प्रतिरोधी सामग्री, संरचनात्मक सिरेमिक, अपवर्तक और धातु विज्ञान जैसे पारंपरिक क्षेत्रों में व्यापक रूप से नियोजित, SiC बढ़ते सौर उद्योग में एक प्रमुख सामग्री के रूप में भी कार्य करता है, विशेष रूप से क्रिस्टलीय सिलिकॉन वेफर्स के उत्पादन में।
I. सिलिकॉन कार्बाइड क्या है?
सिलिकॉन कार्बाइड, जिसे कार्बोरंडम के नाम से जाना जाता है, एक हेक्सागोनल क्रिस्टल यौगिक है जिसका विशिष्ट गुरुत्व 3.20-3.25 और मोह कठोरता 9.5 है। औद्योगिक रूप से उत्पादित SiC को काले और हरे वेरिएंट में विभाजित किया गया है।
- ब्लैक सिलिकॉन कार्बाइड:इसमें लगभग 95% SiC होता है और इसका उपयोग मुख्य रूप से कम तन्यता ताकत वाली सामग्रियों के लिए किया जाता है, जैसे कांच, चीनी मिट्टी की चीज़ें, आग रोक सामग्री, कच्चा लोहा और अलौह धातुएँ।
- ग्रीन सिलिकॉन कार्बाइड:इसमें 97% से अधिक SiC होता है और यह अपने स्वयं-तीक्ष्ण गुणों के लिए प्रसिद्ध है, जिसका उपयोग आमतौर पर कठोर मिश्र धातु, टाइटेनियम मिश्र धातु और ऑप्टिकल ग्लास के प्रसंस्करण के साथ-साथ सिलेंडर लाइनर और सटीक पीसने वाले उच्च गति वाले स्टील उपकरणों के प्रसंस्करण के लिए किया जाता है।
द्वितीय. सिलिकॉन कार्बाइड की उत्पादन प्रक्रिया
प्रकृति में इसकी कमी के कारण सिलिकॉन कार्बाइड को मुख्य रूप से संश्लेषित किया जाता है। उत्पादन प्रक्रिया में क्वार्ट्ज रेत को पेट्रोलियम कोक या उच्च गुणवत्ता वाले सिलिका के साथ मिलाना शामिल है, फिर उन्हें 2000 से 2500 डिग्री के तापमान पर एक विद्युत भट्ठी में संश्लेषण के अधीन किया जाता है। विशिष्ट समीकरण है:
SiO2 + 3C → SiC + 2CO (एन्थैल्पी परिवर्तन: -46.8KJ या 11.20 kcal)
परिणामी SiC ब्लॉक विभिन्न ग्रेड के SiC का उत्पादन करने के लिए क्रशिंग, एसिड-बेस वॉशिंग, चुंबकीय पृथक्करण और स्क्रीनिंग या पानी के चयन से गुजरते हैं।
तृतीय. सिलिकॉन कार्बाइड के अनुप्रयोग
सिलिकॉन कार्बाइड विभिन्न उद्योगों में ढेर सारे अनुप्रयोगों का दावा करता है:
- निर्माण और चीनी मिट्टी उद्योग:पतली प्लेट भट्ठी फर्नीचर के निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है, SiC भट्ठी की मात्रा को कम करता है, लोडिंग क्षमता और उत्पाद की गुणवत्ता को बढ़ाता है, और उत्पादन चक्र को छोटा करता है। SiC सिरेमिक अपने उत्कृष्ट उच्च तापमान प्रतिरोध के लिए भी जाना जाता है, जो उन्हें भट्ठों और भट्टियों में उपयोग के लिए आदर्श बनाता है।
- अलौह धातु प्रगलन:अपने उच्च तापमान प्रतिरोध, शक्ति, अच्छी तापीय चालकता और प्रभाव के प्रतिरोध के लिए नियोजित, SiC उच्च तापमान वाले अप्रत्यक्ष हीटिंग उपकरण के लिए एक सामग्री के रूप में कार्य करता है। अनुप्रयोगों में रिटॉर्ट आसवन भट्टियां, आसवन भट्टी ट्रे, एल्युमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक सेल, तांबा पिघलने वाली भट्टी लाइनिंग और जिंक पाउडर भट्टियों के लिए चाप के आकार की प्लेटें शामिल हैं।
- स्टील उद्योग:SiC के संक्षारण प्रतिरोध, थर्मल शॉक प्रतिरोध और घर्षण प्रतिरोध का लाभ उठाते हुए, SiC का उपयोग बड़े ब्लास्ट भट्टियों को लाइन करने के लिए किया जाता है, जिससे उनकी सेवा जीवन में काफी वृद्धि होती है।
- धातुकर्म अयस्क ड्रेसिंग उद्योग:हीरे के बाद दूसरी कठोरता के साथ, SiC मजबूत पहनने के प्रतिरोध को प्रदर्शित करता है, जिससे यह पहनने के लिए प्रतिरोधी पाइप, इम्पेलर्स, पंप हाउसिंग, चक्रवात और अयस्क बाल्टी लाइनिंग के लिए एक आदर्श सामग्री बन जाता है। इसका घिसाव प्रतिरोध कच्चा लोहा और रबर की तुलना में 5-20 गुना अधिक है, जो उनकी सेवा जीवन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है।
- ऊर्जा-बचत सामग्री:SiC की उत्कृष्ट तापीय चालकता और तापीय स्थिरता इसे हीट एक्सचेंजर्स के निर्माण के लिए एक आदर्श सामग्री बनाती है, जिससे ईंधन की खपत 20% कम हो जाती है और 35% ईंधन की बचत होती है। SiC-आधारित नई सामग्रियों का भी एयरोस्पेस में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। चीन का पहला मंगल रोवर एल्यूमीनियम आधारित सिलिकॉन कार्बाइड और अन्य सामग्रियों का उपयोग करके निर्मित किया जा सकता है।
- सेमीकंडक्टर और फोटोवोल्टिक उद्योग:अपने व्यापक ऊर्जा बैंडगैप, उच्च ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र, उच्च तापीय चालकता और उच्च इलेक्ट्रॉन संतृप्ति बहाव गति के साथ, SiC को अर्धचालक क्षेत्र में सबसे अच्छी सामग्री माना जाता है। अनुप्रयोगों में नीली रोशनी उत्सर्जक डायोड, पराबैंगनी डिटेक्टर, उच्च-वोल्टेज डायोड, उच्च-शक्ति माइक्रोवेव उपकरण और विभिन्न उच्च तापमान प्रतिरोधी उच्च-आवृत्ति उपकरण शामिल हैं।
चतुर्थ. चुनौतियों का समाधान करना और सहयोग को अपनाना
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