क्या आपको कभी ऐसा अनुभव हुआ है: आपका रसोई का चाकू लंबे समय तक उपयोग के बाद सुस्त हो जाता है, और जब आप इसे तेज करने के लिए हार्डवेयर स्टोर में ले जाते हैं, तो मैकेनिक इसे आगे और पीछे रगड़ने के लिए तेजी से घूमने वाले काले पीसने वाले पहिये का उपयोग करता है; या कारखानों में, चीनी मिट्टी की चीज़ें जलाने और धातुओं को गलाने के लिए उपयोग की जाने वाली भट्टियाँ, भले ही वे लगातार 1000 डिग्री से ऊपर के तापमान के संपर्क में रहती हैं, शायद ही कभी उनकी भीतरी दीवारें जलती हैं। दरअसल, इन दोनों चीजों के पीछे एक ही "औद्योगिक ऑल-राउंडर"----(3%) है।काला सिलिकॉन कार्बाइड.
01 आइए समझें: वास्तव में ब्लैक सिलिकॉन कार्बाइड क्या है?
जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, ब्लैक सिलिकॉन कार्बाइड के मुख्य घटक "कार्बन" और "सिलिकॉन" हैं, जिनका रासायनिक सूत्र SiC है। मूलतः, यह कृत्रिम रूप से उत्पादित अकार्बनिक गैर-धात्विक सामग्री है। यह एक प्राकृतिक खनिज नहीं है, बल्कि आम रोजमर्रा की सामग्रियों से "परिष्कृत" है: क्वार्ट्ज रेत और पेट्रोलियम कोक को एक विशिष्ट अनुपात में मिलाया जाता है, थोड़ी मात्रा में नमक मिलाया जाता है, और फिर इसे कई दिनों तक 1800{5}}2200 डिग्री पर एक प्रतिरोध भट्टी में "जला" दिया जाता है। इस उच्च तापमान पर, क्वार्ट्ज रेत में सिलिकॉन और पेट्रोलियम कोक में कार्बन प्रतिक्रिया करते हैं, अंततः काले क्रिस्टलीय कण बनाते हैं - यह काला सिलिकॉन कार्बाइड है।
यह काला क्यों है? क्योंकि इसकी शुद्धता विशेष रूप से अधिक नहीं है (आमतौर पर 95% और 98% के बीच), और अवशिष्ट अशुद्धियों की थोड़ी मात्रा इसे गहरे भूरे या काले रंग का रूप देती है। यदि शुद्धता 99% से अधिक हो जाती है, तो यह एक अन्य सामान्य सामग्री बन जाती है - हरा सिलिकॉन कार्बाइड (हरे रंग के साथ)।
02. ब्लैक सिलिकॉन कार्बाइड की "महाशक्तियाँ": यह एक औद्योगिक प्रिय क्यों बन गई है?
ब्लैक सिलिकॉन कार्बाइड अपने तीन मुख्य फायदों के कारण कई क्षेत्रों में चमकता है, जिनमें से प्रत्येक औद्योगिक उत्पादन में एक प्रमुख समस्या को संबोधित करता है:
1. अत्यधिक कठोर, जो इसे पीसने में अविश्वसनीय रूप से प्रभावी बनाता है।
प्रकृति में गैर-धात्विक सामग्रियों में, काला एसआईसी हीरे और घन बोरान नाइट्राइड से थोड़ा ही कठोर है, और कोरंडम (एल्यूमिना) से भी अधिक कठोर है, इसकी मोह कठोरता 9.2 (हीरा 10) तक पहुंचती है। यह कठोरता इसे "प्राकृतिक अपघर्षक" बनाती है: चाकू और कैंची को तेज करने के लिए घर पर उपयोग किए जाने वाले कई पीसने वाले पहिये राल के साथ मिश्रित काले सिलिकॉन कार्बाइड कणों से बने होते हैं; काले एसआईसी से बने सैंडपेपर और ग्राइंडिंग डिस्क का उपयोग आमतौर पर कारखानों में धातु के हिस्सों (जैसे स्टेनलेस स्टील और कच्चा लोहा), कांच को पीसने और पत्थर को चमकाने के लिए किया जाता है। यह वर्कपीस की सतह से गड़गड़ाहट और खामियों को जल्दी से हटा सकता है और आसानी से खराब नहीं होता है।
2. उच्च तापमान प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध, "अग्निरोधक अभिभावक" के रूप में कार्य करना
काले सिलिकॉन कार्बाइड का गलनांक 2700 डिग्री तक होता है, और यह 1600 डिग्री के उच्च तापमान पर लंबे समय तक उपयोग के बाद भी ख़राब या पिघलता नहीं है। इसके अलावा, यह एसिड या क्षार से डरता नहीं है, और यहां तक कि मजबूत एसिड और क्षार को भी इसका संक्षारण करने में कठिनाई होती है। ये गुण इसे भट्टों और बॉयलरों के लिए एक "सुरक्षात्मक कोट" बनाते हैं: सिरेमिक कारखानों में सिंटरिंग भट्टों की भीतरी दीवारें और इस्पात संयंत्रों में हॉट ब्लास्ट स्टोव काले एसआईसी से बनी आग रोक ईंटों की एक परत के साथ पंक्तिबद्ध होते हैं, जो उच्च तापमान का सामना कर सकते हैं और गर्मी के नुकसान को कम कर सकते हैं; उच्च तापमान वाली गैसों या तरल पदार्थों द्वारा संक्षारण को रोकने के लिए कुछ उच्च तापमान वाले औद्योगिक पाइप और वाल्व भी इसके साथ पंक्तिबद्ध होते हैं।
3. यह बिजली और गर्मी का संचालन कर सकता है, और इलेक्ट्रॉनिक्स में "सहायक अभिनेता" के रूप में भी कार्य कर सकता है।
कई गैर-धातु सामग्री (जैसे कांच और चीनी मिट्टी) के विपरीत, काला सिलिकॉन कार्बाइड विद्युत प्रवाहकीय होता है और इसमें कच्चा लोहा की तुलना में अधिक मजबूत तापीय चालकता होती है, जो इसे इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र में एक स्थान देता है: नई ऊर्जा वाहनों के बैटरी पैक में, इसका उपयोग "थर्मल कंडक्टिव पैड" बनाने के लिए किया जाता है ताकि बैटरी के काम करने के दौरान उत्पन्न गर्मी को तुरंत दूर किया जा सके, जिससे बैटरी को अधिक गर्म होने से बचाया जा सके; कुछ उच्च शक्ति वाले विद्युत उपकरणों (जैसे फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स और वेल्डिंग मशीन) में, उपकरण के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए काले एसआईसी से बने गर्मी अपव्यय घटकों का भी उपयोग किया जाता है।
03 पीसने और उच्च तापमान का सामना करने के अलावा, काला सिलिकॉन कार्बाइड और क्या कर सकता है?
काले सिलिकॉन कार्बाइड के अनुप्रयोग आपकी कल्पना से कहीं अधिक व्यापक हैं; यह पारंपरिक उद्योगों से लेकर उभरते क्षेत्रों तक हर चीज़ में पाया जा सकता है।
निर्माण उद्योग में, काले एसआईसी कणों को कंक्रीट में मिलाने से सड़कों और पुलों के पहनने के प्रतिरोध में 30% से अधिक सुधार हो सकता है और उन्हें ठंढ प्रतिरोधी भी बनाया जा सकता है। इस प्रकार के "सिलिकॉन कार्बाइड कंक्रीट" का उपयोग उत्तरी चीन के कई ठंडे क्षेत्रों में राजमार्गों पर किया जाता है।
पर्यावरण के क्षेत्र में, निकास धुएं में हानिकारक गैसों (जैसे कार्बन मोनोऑक्साइड और नाइट्रोजन ऑक्साइड) को सोखने में मदद करने के लिए काले सिलिकॉन कार्बाइड से बने "हनीकॉम्ब सिरेमिक कैरियर्स" को कार एग्जॉस्ट प्यूरीफायर में स्थापित किया जा सकता है।
फोटोवोल्टिक क्षेत्र में, सौर फोटोवोल्टिक पैनलों के लिए सिलिकॉन वेफर्स को संसाधित करते समय "अपघर्षक" के रूप में बेहद महीन काले एसआईसी पाउडर की आवश्यकता होती है, ताकि वेफर्स को पतला और सपाट बनाया जा सके, जिससे बिजली उत्पादन दक्षता सुनिश्चित हो सके।
04 क्या भविष्य में काला सिलिकॉन कार्बाइड और भी अधिक "शक्तिशाली" बन सकता है?
तकनीकी प्रगति के साथ, ब्लैक एसआईसी "उच्च परिशुद्धता" क्षेत्रों में प्रगति कर रहा है: उदाहरण के लिए, वैज्ञानिक "सेमीकंडक्टर चिप्स" बनाने के लिए काले सिलिकॉन कार्बाइड के उपयोग पर शोध कर रहे हैं, जो अधिक गर्मी प्रतिरोधी हैं और पारंपरिक सिलिकॉन चिप्स की तुलना में तेजी से बिजली का संचालन करते हैं, और भविष्य में नई ऊर्जा वाहनों और 5 जी बेस स्टेशनों जैसे उच्च अंत उपकरणों में उपयोग किया जा सकता है; अन्य लोग सौर और पवन ऊर्जा से परिवर्तित विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने में मदद करने के लिए ब्लैक एसआईसी को "ऊर्जा भंडारण सामग्री" बनाने की कोशिश कर रहे हैं, जिससे नई ऊर्जा के "भंडारण में कठिनाई" की समस्या का समाधान हो सके।
