Metalurjik sınıf siyah silisyum karbür, 2200°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda elektrik direnç fırınlarında üretilen sentetik bir malzemedir. Başlıca hammaddeleri yüksek kaliteli silis kumu (SiO₂) ve petrol kokudur (C). Siyah veya koyu mavi-siyah rengi, metalik parlaklığı ve muadili yeşil silisyum karbüre (daha saf, %99’dan fazla SiC içeren ve hassas taşlama ve yarı iletkenlerde kullanılan) kıyasla daha düşük saflıkta (genellikle yaklaşık %98,5 SiC) olmasıyla öne çıkar.
Temel Özellikler
Metalurji ve diğer endüstrilerde vazgeçilmez kılan özellikleri şunlardır:
Yüksek Sıcaklık Dayanımı: Çok yüksek sıcaklıklarda yapısını ve dayanıklılığını korur.
Mükemmel Termodinamik Özellikler:
Güçlü İndirgenebilirlik: Yüksek sıcaklıklarda, oksijen ve diğer elementlerle reaksiyona girerek karbon ve silisyumunu kolayca verir.
Ekzotermik Reaksiyon: Oksidasyon reaksiyonları sonucu önemli miktarda ısı açığa çıkar.
Yüksek Isı İletkenliği: Isıyı etkili bir şekilde aktarır.
İyi Aşındırıcılık: Yeşil SiC kadar sert olmasa da çoğu metalden ve mineralden daha serttir.
Kimyasal Eylemsizlik: Asitlere, cüruflara ve erimiş metallere karşı dayanıklıdır.
Birincil Uygulamalar ve İşlevler
Metalurjik sınıf SiC’nin uygulamaları neredeyse tamamen güçlü bir yüksek sıcaklık indirgeyici, alaşım maddesi ve enerji tasarrufu sağlayan katkı maddesi olarak rolüne dayanmaktadır .
1. Çelik Üretimi (En Büyük Uygulama)
Elektrik ark ocaklarında (EAF), pota ocaklarında ve dökümhanelerde çok fonksiyonlu katkı maddesi olarak kullanılır:
Deoksidan: Geleneksel ferrosilikondan daha etkili bir deoksidandır. İçeriğindeki silisyum ve karbon, erimiş çelikten oksijeni etkili bir şekilde uzaklaştırarak çeliğin temizliğini ve mekanik özelliklerini iyileştirir.
Tepki:
SiC + O₂ → SiO₂ + CO
Rekarbüratör: Çeliğin nihai karbon içeriğini istenilen spesifikasyona ayarlamak için mükemmel bir karbon kaynağıdır.
Enerji Tasarrufu Sağlayıcı (Isıtma Maddesi): SiC’nin oksidasyonu oldukça ekzotermiktir. Fırına veya potaya eklenmesi, erimiş metalin sıcaklığını yükseltmeye yardımcı olur, gerekli elektrik enerjisi girişini azaltır ve dökümden döküme geçiş sürelerini kısaltır.
Alaşım Maddesi: Eriyik içerisine aynı anda hem silisyum hem de karbon ekleyerek kimyasal bileşimi ayarlar.
2. Demir Döküm (Dökümhaneler)
Dökme demir üretiminde kullanılan kupol ve indüksiyon ocaklarında:
Aşılayıcı / Ön Şartlandırıcı: Erimiş demire SiC eklenmesi (genellikle “demir ön şartlandırma” olarak adlandırılan bir işlem), sünek demirde grafit pullarının veya nodüllerinin oluşumunu teşvik eder. Bu:
Üşümeyi Önler: Sert, kırılgan sementit (demir karbür) oluşumunu azaltarak, işlenemeyen “soğuk” kenarların oluşmasını önler.
Mikro Yapıyı İyileştirir: Daha düzgün ve rafine bir grafit yapısı elde edilmesini sağlar.
Özellikleri Geliştirir: Son döküm demir ürününün çekme mukavemetini, sertliğini ve ısıl iletkenliğini artırır.
3. Ferroalaşımların Üretimi
Çeşitli ferroalaşımların üretiminde kullanılan daldırma ark ocaklarında indirgeyici madde olarak kullanılır:
Silisyum Metal ve Ferrosilisyum: Bu proseslerde SiC, silikanın silisyuma indirgenmesinde önemli rol oynayan bir ara üründür.
Diğer Alaşımlar: Silikomanganez ve diğer kompleks alaşımların üretiminde de kullanılabilir.
4. Refrakter Katkı Maddeleri
Ezilmiş metalurjik sınıf SiC, birincil bileşen olmasa da, çelik üretim fırınlarını ve kepçelerini kaplamak için kullanılan MgO-C (magnezya-karbon) ve Al₂O₃-SiC-C (alümina-silisyum karbür-karbon) refrakterlerine sıklıkla eklenir . Avantajları şunlardır:
Arttırılmış Cüruf Direnci: Refrakter malzemenin aşındırıcı cüruflara karşı dayanıklılığını artırır.
Gelişmiş Isıl Şok Direnci: Tuğlanın çatlamadan hızlı sıcaklık değişimlerine dayanmasına yardımcı olur.
Geliştirilmiş Yüksek Sıcaklık Dayanımı.
5. Diğer Uygulamalar
Aşındırıcılar: Çok yüksek saflık gerektirmeyen bağlı taşlama aletleri (taşlama taşları gibi) ve kaplamalı aşındırıcıların üretiminde kullanılır. Ayrıca, kumlama ve taşlama işlemlerinde de kullanılır.
Demir Dışı Metalurji: Bazı demir dışı metallerin eritilmesinde indirgeyici olarak kullanılır.