Alguna vegada has tingut aquesta experiència: el teu ganivet de cuina s'avorreix després d'un ús prolongat, i quan el portes a una ferreteria per esmolar-lo, el mecànic utilitza una mola negra que gira ràpidament per fregar-lo d'anada i tornada; o a les fàbriques, els forns utilitzats per a la cocció de ceràmica i la fosa de metalls, tot i que estan constantment exposats a temperatures superiors als 1000 graus, rarament es cremen les seves parets interiors. De fet, darrere d'aquestes dues coses hi ha el mateix "tot-industrial"-carbur de silici negre.
01 Entenem-ho: què és exactament el carbur de silici negre?
Com el seu nom indica, els components bàsics del carbur de silici negre són "carboni" i "silici", amb la fórmula química SiC. Bàsicament, és un material inorgànic no metàl·lic produït sintèticament. No és un mineral natural, sinó "refinat" a partir de materials quotidians habituals: la sorra de quars i el coc de petroli es barregen en una proporció específica, s'afegeix una petita quantitat de sal i després es "coce" en un forn de resistència a 1800-2200 graus durant diversos dies. A aquesta temperatura elevada, el silici de la sorra de quars i el carboni del coc de petroli reaccionen, formant finalment partícules cristal·lines negres: aquest és el carbur de silici negre.
Per què és negre? Perquè la seva puresa no és especialment elevada (normalment entre el 95% i el 98%), i la petita quantitat d'impureses residuals li donen un aspecte gris fosc o negre. Si la puresa augmenta fins al 99%, es converteix en un altre material comú-carbur de silici verd (amb una tonalitat verdosa).
02. Els "superpoders" del carbur de silici negre: per què s'ha convertit en un estimat industrial?
El carbur de silici negre brilla en múltiples camps gràcies als seus tres avantatges bàsics, cadascun dels quals aborda un punt clau en la producció industrial:
1. Extremadament dur, el que fa que sigui increïblement eficaç per a la mòlta.
Entre els materials no metàl·lics de la naturalesa, el SIC negre només és lleugerament més dur que el diamant i el nitrur de bor cúbic, i fins i tot més dur que el corindó (alúmina)-la seva duresa Mohs arriba a 9,2 (el diamant és 10). Aquesta duresa el converteix en un "abrasiu natural": moltes moles que s'utilitzen a casa per esmolar ganivets i tisores estan fetes de partícules de carbur de silici negre barrejades amb resina; El paper de vidre i els discs de rectificat de SIC negre també s'utilitzen habitualment a les fàbriques per processar peces metàl·liques (com ara acer inoxidable i ferro colat), esmolar vidre i polir pedra-pot eliminar ràpidament les rebaves i les imperfeccions de la superfície de les peces i no es desgasta fàcilment.
2. Resistència a altes temperatures i resistència a la corrosió, actuant com a "guardian ignífug"
El carbur de silici negre té un punt de fusió de fins a 2.700 graus i no es deformarà ni es fon fins i tot després d'un ús -a llarg termini a una temperatura elevada de 1.600 graus. A més, no té por dels àcids o àlcalis, i fins i tot els àcids i àlcalis forts tenen dificultats per corroir-lo. Aquestes propietats el converteixen en una "capa protectora" per a forns i calderes: les parets interiors dels forns de sinterització de les fàbriques de ceràmica i les estufes d'acer en calent a les siderúrgiques estan revestides amb una capa de maons refractaris fets de SIC negre, que poden suportar altes temperatures i reduir la pèrdua de calor; algunes canonades i vàlvules industrials d'-alta temperatura també estan revestides amb ella per evitar la corrosió per gasos o líquids d'alta-temperatura.
3. Pot conduir l'electricitat i la calor, i també pot actuar com a "actor secundari" en electrònica.
A diferència de molts materials no metàl·lics (com ara el vidre i la ceràmica), el carbur de silici negre és conductor de l'electricitat i té una conductivitat tèrmica encara més forta que el ferro colat-la qual cosa li dóna un lloc en el camp de l'electrònica: en els paquets de bateries dels vehicles d'energia nova, s'utilitza per fabricar "coixinets conductors tèrmics" per evitar que la bateria s'escalfi ràpidament quan s'està generant calor; en alguns aparells elèctrics d'alta-potència (com ara convertidors de freqüència i màquines de soldadura), també s'utilitzen components de dissipació de calor fets de SIC negre per garantir un funcionament estable de l'equip.
03 A més de rectificar i suportar altes temperatures, què més pot fer el carbur de silici negre?
Les aplicacions del carbur de silici negre són molt més àmplies del que podríeu imaginar; es pot trobar en tot, des d'indústries tradicionals fins a camps emergents.
A la indústria de la construcció, barrejar partícules negres de SIC amb formigó pot millorar la resistència al desgast de carreteres i ponts en més d'un 30% i també fer-los resistents a les gelades-. Aquest tipus de "formigó de carbur de silici" s'utilitza a les carreteres de moltes regions fredes del nord de la Xina.
En l'àmbit ambiental, els "portadors de ceràmica de bresca" fets de carbur de silici negre es poden instal·lar als purificadors d'escapament dels cotxes per ajudar a absorbir gasos nocius (com ara monòxid de carboni i òxids de nitrogen) als fums d'escapament.
En el camp fotovoltaic, es necessita pols de SIC negre extremadament fi com a "abrasiu" quan es processen hòsties de silici per a panells solars fotovoltaics per fer les hòsties primes i planes, garantint l'eficiència de la generació d'energia.
04 El carbur de silici negre pot arribar a ser encara més "poderós" en el futur?
Amb els avenços tecnològics, el SIC negre està fent avenços en camps d'"alta-precisió": per exemple, els científics estan investigant l'ús de carbur de silici negre per fer "xips semiconductors", que són més resistents a la calor- i condueixen l'electricitat més ràpidament que els xips de silici tradicionals, i que es poden utilitzar en equips de base de vehicles d'alta-G{2}} del futur; d'altres estan intentant convertir el SIC negre en "materials d'emmagatzematge d'energia" per ajudar a emmagatzemar l'energia elèctrica convertida a partir de l'energia solar i eòlica, solucionant el problema de la "dificultat per emmagatzemar" energia nova.
