كربيد السيليكون Silicon carbide (اختصارًا SiC) أو المعروف أيضًا باسم carborundum الكربوراندوم هو مركب بللوري صلب جدًا يتركب من الكربون والسيليكون.

الكربوراندم

اكتشاف SiC:

يُنسَب اختراع هذا المركب إلى العالم الكيميائي “Edward Goodrich Acheson ” عام 1890 الذي اكتشفه عن طريق الصدفة حيث كان يقوم بتجهيز الماس اصطناعيًا وذلك بتسخين مزيجٍ من سيليكات الألومنيوم ومسحوق الكوك (الكربون) في وعاءٍ من الحديد. لاحظ العالم تشكل بللوراتٍ زرقاء وفي الوهلة الأولى اعتقد أن هذا الناتج مركبٌ جديدٌ من الكربون والألمنيوم (بطريقةٍ مشابهة لمركب أكسيد الألمنيوم) إلّا أنّه في الحقيقة كان هذا بداية اختراع الكربوراندوم.

في الوقت الذي اكتشف إدوارد أشيسون الكربوراندوم، اكتشف الكيميائي والصيدلاني الفرنسي هنري مويسان مركبًا شبيهًا من خليط الكوارتز والكربون، إلّا أن هنري أرجع هذا الاكتشاف إلى أتشيسون. طالب أتشيسون بالحصول على براءة اختراعٍ وحصل عليها عام 1893 ليقوم بع ذلك بتطوير الفرن الكهربائي لإنتاج الـ Carborundum والذي مايزال مستخدمًا حتى يومنا هذا.

خصائص SiC:

يتمتع الكربوراندوم بخصائص متنوعة منها:

  • صلابةٌ عاليةٌ تكاد تبلغ صلابة الألماس.
  • تتمتع بللوراته بخصائص تكسيرٍ عاليةٍ.
  • موصليةٌ حراريةٌ عاليةٌ.
  • تمدد حراريٌ منخفضٌ.
  • مقاومةٌ عاليةٌ للتفاعلات الكيميائية.

أولى استخدامات الكربوراندوم (SiC):

بدأ استخدام هذا الحجر في أواخر القرن التاسع عشر في الحياة اليومية ككاشطٍ لتنعيم وشحذ الأسطح المعدنية والخشبية وحتى الزجاجية وذلك لصلابته الهائلة. من ثمّ بدأت استخداماته تتوسع لتشمل التطبيقات الكهربائية والإلكترونية. تتطورت استخداماته في بدايات القرن العشرين ليتم استخدمه ككاشفٍ في أجهزة الراديو الأولى.

الكربوراندم

لم تتوقف استخدامات الكربوراندوم عند هذا الحد، فاعتمادًا على الخصائص الفريدة المذكورة سابقًا اسُتخدم في صناعة الطوب (أحد مواد البناء المصنوعة في أفرانٍ عاليةٍ الحرارة). ويُصنفه العلماء على أنًه شبه موصلٍ وبالتالي قد يعتبر بديلًا واعدًا للموصلات الكلاسيكية (مثل السيليكون) المستخدمة في التطبيقات العالية الحرارة. فببعض الأحيان يُقطع إلى أحجار كريمة تعرف باسم “المويسانتي الصناعي”.

الكربوراندم

الطرق الحديثة لتصنيع الكربوراندوم:

الأسلوب الحديث المتبع لتصنيع الكربوراندوم مبني بشكلٍ كبيرٍ على الطريقة التي ابتكرها أتشسون حيث يُضاف مزيجٌ من السيليكا الصافي مع الكربون (على شكل فحمٍ) بجانب موصل كربون داخل الفرن الحراري المصنوع من الطوب. لدى مرور التيار الكهربائي عبر الموصل ينشأ تفاعلٌ كيميائيٌّ يتحد من خلاله الكربون الموجود في الفرن مع السيليكون لتكوين SiC وينطلق غاز أول أكسيد الكربون.

قد تستمر عملية تشغيل الفرن لعدة أيامٍ وتتراوح الحرارة بين 2200 إلى 2700 درجةٍ مئويةٍ (4000-4900 فهرنهايت)  ويتم استهلاك مقدار طاقةٍ 100000 كيلوواط/ساعة لكل مرحلة. في النتيجة تتشكل بللوراتٌ خضراء مائلةٌ للسواد يتم سحقها وغربلتها بأحجامٍ مختلفةٍ مناسبةٍ للاستخدامات المختلفة. في بعض الأحيان تستمر عملية تشغيل الفرن إلى مراحل متقدمةٍ لإنتاج مركبٍ مناسبٍ لاستخداماتٍ صناعيةٍ محددةٍ.

#s3gt_translate_tooltip_mini { display: none !important; }

أكمل القراءة

الكربوراندم أو (Carborundum) بالإنجليزية أو ما يُطلق عليه كربيد السيليكون ويرمز له بالرمز (sic)؛ وهو معدنٌ يوجد في الطبيعة بشكلٍ نادر جدًا إذ يحضّر صناعيًا بواسطة السيليكون والكربون، كما أنّه يمتع ببُنيةٍ بلورية مثل الألماس. يبلغ وزنه الجزيئي 40.10، وكثافته 3.16 جرام/سم مكعب، كما تبلغ درجة انصهاره 2830 درجة سيليزية.

استُخدم في أواخر القرن التاسع عشر في الكشط وعجلات الطحن والتلميع، وأدوات القطع، واستُخدم في الآونة الأخيرة في العديد من الأشياء إضافةً إلى استخداماته السابقة مثل إضافته كمادةٍ مضادة للانزلاق، ومقاومة للحرارة فقد أُدخل في عمليات التسخين للأفران الصناعية، وفي الأجزاء المقاومة للتآكل للمضخات ومحركات الصواريخ وفي الأجهزة الإلكترونية لأشباه الموصلات التي تعمل في درجات حرارة عالية أو فولتات عالية.

اكتشف لمخترع الأمريكي “إدوارد جي أتشيسون” عام 1891م الكربوراندم أثناء محاولته اختراع ألماسٍ صناعي، حيث سخن خليطًا من اكسيد السيليكون مع الكربون ومسحوق فحم الكوك والطين في وعادٍ حديدي ووضعه فيما بعد في فرنٍ يعمل بالأقطاب الكهربائية. فيما بعد لاحظ المخترع  بعد تسخين هذا الخليط وجود بلورات خضراء زاهية متصلة بقطب الكربون؛ معتقدًا أنّه أعد مركبًا جديدًا من الكربون والألومينا من الطين، ومن بعد ذلك زعم أنّه مجرد مركبٍ بلوري جديد أطلق عليه اسم (Carborundum).

وبسبب هذا الاختراع حَصَلَ أتشيسون على براءة اختراع، وطرح هذا المركب في الأسواق على أنّه سلعةٌ ما، فقد تم عرض منتجه مبكرًا في البداية لتلميع الأحجار الكريمة وبيعه لسعرٍ يقارب سعر غبار الألماس الطبيعي، ولكن سرعان ما أصبح المركب الجديد متوفرًا بشكلٍ كبير ويمكن الحصول عليه كمادةٍ خام رخيصة، وذات إنتاجية جيدة تستخدم كمادةٍ كاشطةٍ أو شاحذة صناعية مهمة.

أمّا عن الطريقة الحديثة لصناعة كربيد السيليكون للصناعات الكاشطة والمعدنية والحرارية وهي في الأساس نفس مزيج رمل السيليكا والكربون والفحم المطحون، ولكن طورت شركة (Acheson) طريقة صنع الكربوراندم وذلك عن طريق وضع المزيج في فرنٍ كهربائي موصولٌ بوصلاتٍ ليمر منها التيار الكهربائي الذي يؤدي إلى تفاعلٍ كيمائي يتحد فيه الكربون الموجود في خليط فحم الكوك مع غاز ثنائي اكسيد الكربون.

قد يستمر تشغيل الفرن لعدة أيام لتكون درجة حرارته حوالي 2.200 درجة إلى 2700 درجة مئوية (أي 4.000 درجة إلى 4.900 درجة فهرنهايت)؛ وإلى 1400 درجة مئوية (أي 2500 درجة فهرنهايت) عند الحافة الخارجية، كما يتم استهلاك طاقة تتجاوز 100000 كيلووات لكل ساعة تشغيل.

وبعد انتهاء العملية يكون المنتج قد تألف من مركزٍ أو قلبٍ يتدرج من اللون الأخضر حتى الأسود وذو طبيعةٍ  كريستالية ومرتبطة مع بعضها البعض بشكلٍ حر (بشكل فضفاض)، ومحاط بطبقةٍ من المواد الأولية أو مواد خام، بعد ذلك يتم تكسيره، وتقسيمه إلى أحجام تصلح للاستخدام النهائي.

الكربوروندوم

كان كربيد السيليكون من أصعب المواد الاصطناعية المعروفة، حيث تبلغ صلابته 9 أيّ قادر على خدش وتحطيم جميع أنواع الزجاج والبلورات عدا الألماس، بالإضافة إلى صلابته تتميز بلورات كربيد السيليكون بخصائص كسرٍ تجعلها مفيدة جدًا في فرامل السيارات وسترات الوقاية من الرصاص وغيرها. ويمكن ربط حبيبات كربيد السيليكون معًا عن طريق التلبيد ليشكل ألواحًا من الطوب والسيراميك والخزف شديدة الصلابة.

كما يعتبر الكربوراندم مقويًا حيويًا قويًا ومفيدًا لتخفيف الصداع، وإجهاد العينين وأيّ إصابة متعلقة بالكمبيوتر، ويستخدم أيضًا لمنع حدوث مشاكل في الكتف والرقبة، ولحل تشوهات العظام ومشكلات الجهاز الهيكلي ولقوية الأسنان، وقد يساعد الكربوراندم في علاج مرض الزهايمر.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هو الكربوراندم"؟