פתיחת התפריט הראשי

צורן קרביד הוא תרכובת כימית הבנויה מפחמן וצורן. הנוסחה הכימית SiC, כלומר מספר שווה של אטומי פחמן וצורן יוצרים את הסריג האטומרי. בטבע נמצאת התרכובת במינרל הנדיר מואסניט.

צורן קרביד
צורן קרביד
Silicon-carbide-3D-balls.png
שם סיסטמטי Silicon carbide
שמות נוספים קרבורונדום, Carborundum, מואסניט
נוסחה כימית SiC
מסה מולרית 40.01 גרם/מול
מראה גביש חסר צבע
מספר CAS 409-21-2
צפיפות 3.21 גרם/סמ"ק
מצב צבירה מוצק
טמפרטורת היתוך 2,730 °C
3003.15 K
מקדם שבירה 2.55

ייצור רחב היקף של צורן קרביד לשימוש כחומר שחיקה החל בשנת 1893. קושרים גרגרי צורן קרביד באמצעות סינטור לקבלת חומרים קרמיים קשים מאוד הנדרשים ליישומים הדורשים עמידות גבוהה כדוגמת בלמי רכב ואפודי מגן. כמוליך למחצה משתמשים בחומר ביישומים אלקטרונים למתח גבוה וטמפרטורה גבוהה. ניתן לגדל גבישים גדולים של צורן קרביד לשימוש כאבן חן (מואסניט מלאכותי).

החומר הטהור חסר צבע, זיהום בברזל בתהליך הייצור מקנה לחומר צבע חום עד שחור, על גבישים של צורן קרביד נוצרת שכבת סיליקה המקנה ברק (פיזור של "קשת בענן"). טמפרטורת ההמראה הגבוהה של החומר (כ-2,700°C) מאפשרת שימוש בו למסבים ולכבשנים, החומר אינו ניתך בכל לחץ שהוא והוא אדיש מבחינה כימית.

היסטוריהעריכה

 
גביש צורן קרביד טבעי (מואסאניט) (הגדלה X14: גודל הגביש כמילימטר אחד)

ייצור החומר החל ב-1890 על ידי הכימאי האמריקני אדוארד גודריץ' אצ'סון (Edward Goodrich Acheson) שרשם פטנט על התהליך בשנת 1893. אצ'סון ניסה לייצר יהלומים מלאכותיים על ידי חימום אבקת פחם עם חרסית (אלומיניום-סיליקט) בכלי ברזל. הוא כינה את הגבישים הכחולים שהתקבלו קרבורונדום (Carborundum) מתוך מחשבה שמדובר בתרכובת פחמן ואלומיניום כלומר חומר הדומה לקורונדום. אצ'סון גם פיתח תנור לייצור מנתי של החומר בתהליך בו משתמשים גם כיום.

ב-1893 גילה אנרי מואסאן את המינרל הנדיר מואסניט במטאוריט מאריזונה והמינרל נקרא על שמו[1]. מואסאן גם סינתז SiC בכמה דרכים כולל המסת פחמן בצורן מותך, התכת תערובת של סידן קרביד וסיליקה וחיזור סיליקה מותכת בעזרת פחמן.

סיליקון קרביד טבעיעריכה

כל הצורן קרביד הנמכר בעולם מקורו מלאכותי, מואסניט טבעי מצוי בכמויות מזעריות במטאוריטים ובמרבצי קורונדום וקימברליט. בעוד החומר נדיר מאוד בכדור הארץ הוא נפוץ בחלל: הוא מפוזר כאבק מסביב לכוכבים עתירי פחמן ונמצא במטאוריטים.

ייצורעריכה

שיטת הייצור המקובלת קרויה על שם ממציאה תהליך אצ'סון (Acheson process): חימום צורן ופחמן בתנור התנגדות חשמלי המבוסס על גרפיט לטמפרטורות שבין 1,600°C ל 2,500°C. זרם חשמלי מועבר דרך גרפיט המוקף חול, מלח (שניתן להוסיף לחול כדי לשפר את ניקיון התוצר) ופחם, הזרם החשמלי מחמם את הגרפיט והתערובת סביבה כך שמתאפשרות 4 התגובות הבאות ושכבה של צורן קרביד מצפה את הגרפיט:

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
 
כבשן לייצור צורן קרביד

בשיטה שונה ניתן להפוך מיקרו-סיליקה - תוצר לוואי של ייצור צורן לצורן קרביד על ידי חימום עם גרפיט ל 1,500°C

שימושיםעריכה

ליטוש וחיתוךעריכה

בשל עמידותו ומחירו הנמוך צורן קרביד משמש לליטוש יהלומים וכן לליטוש תעשייתי, לחיתוך והחלקה. חלקיקי צורן קרביד מודבקים על נייר לייצור נייר זכוכית וכן סרטי חיכוך להדבקה על סקייטבורד. חומר מורכב עשוי צורן קרביד ואלומינה שפותח בשנות ה-80 משמש לייצור כלי חיתוך.

 
דיסק חיתוך עשוי צורן קרביד

שריוןעריכה

משתמשים בחומרים קרמיים מבוססי צורן קרביד (כמו גם אלומינה ובורון ניטריד) לייצור אפודי מגן.

תנוריםעריכה

בשל העמידות הגבוהה בחום משתמשים בצורן קרביד לייצור מדפים בתנורים לשריפת קרמיקה.

במערכות חשמלעריכה

השימוש החשמלי הראשון של צורן קרביד היה בעוצרי ברקים (lightning arresters), התקנים אלו צריכים להיות בעלי התנגדות חשמלית גבוהה עד לסף מתח חשמלי שמעבר לו ההתנגדות צריכה לרדת ולהישאר ברמה זו עד שהמתח יורד. לצורן קרביד יש התנגדות תלוית מתח כזו ועמודים של SiC דחוס שימשו חיבור בין קווי מתח גבוה לאדמה. כשפגע ברק בקו המתח והמתח עלה רגעית ירדה התנגדות הצורן קרביד והזרם עבר לאדמה. עוצרי הברקים מצורן קרביד הוחלפו במערכות אחרות כיוון שהמוליכות שלהם במתחי הרשת הייתה גבוהה מדי.

גופי חימוםעריכה

גופי חימום עשויים צורן קרביד קיימים כבר מתחילת המאה ה-20 ומשתמשים בהם בתנורים לייצור זכוכית, לטיפול תרמי במתכות, ייצור חומרים קרמים ועוד.

אבן חןעריכה

כאבן יקרה לתכשיטים צורן קרביד נקרא "מואסניט מלאכותית" או רק "מואסניט". המואסניט דומה ליהלום בכמה מאפיינים: הוא שקוף וקשה (9-9.5 בסולם מוס לעומת 10 ביהלום) ומקדם שבירה של 2.65 - 2.69 לעומת 2.42 ביהלום. המואסניט קל יותר מיהלום (3.21 גרם לסמ"ק לעומת 3.53 גרם לסמ"ק ביהלום) ועמיד יותר לחום. בניגוד ליהלום לצורן קרביד יש שבירה כפולה וניתן להבחין בפלואורסצנציה ירוקה או צהובה כאשר החומר מוקרן באור אולטרה סגול.

קישורים חיצונייםעריכה

  מדיה וקבצים בנושא צורן קרביד בוויקישיתוף

הערות שולייםעריכה

  1. ^ כשפרסם מואסאן את תגליתו היו שהטילו ספק במציאות החומר במטאוריט בטענה כי ייתכן שמקור החומר בלהבי מסור עשויים צורן קרביד שכבר היו אז בשימוש