خواص و کاربردهای منحصر به فرد کربن شیشه را کاوش کنید

کربن یکی از رایج ترین عناصر در طبیعت است که تقریباً تمام مواد موجود در زمین را در بر می گیرد. طیف گسترده ای از ویژگی ها مانند سختی و نرمی متفاوت، رفتار عایق-نیمه هادی-ابررسانا، عایق حرارتی-ابررسانایی و جذب نور-شفافیت کامل را نشان می دهد. در این میان، مواد با هیبریداسیون sp2 اعضای اصلی خانواده مواد کربنی از جمله گرافیت، نانولوله‌های کربنی، گرافن، فولرن‌ها و کربن شیشه‌ای آمورف هستند.

نمونه های کربن گرافیتی و شیشه ای

در حالی که مواد قبلی به خوبی شناخته شده اند، بیایید امروز روی کربن شیشه ای تمرکز کنیم. کربن شیشه ای که به عنوان کربن شیشه ای یا کربن شیشه ای نیز شناخته می شود، خواص شیشه و سرامیک را به یک ماده کربنی غیر گرافیتی ترکیب می کند. برخلاف گرافیت کریستالی، این یک ماده کربنی آمورف است که تقریباً 100٪ هیبرید sp2 است. کربن شیشه ای با پخت در دمای بالا ترکیبات آلی پیش ساز، مانند رزین های فنولیک یا رزین های فورفوریل الکل، تحت یک اتمسفر گاز بی اثر، سنتز می شود. ظاهر سیاه و سطح صاف شیشه‌ای آن نام «کربن شیشه‌ای» را به آن داده است.

از زمان اولین سنتز آن توسط دانشمندان در سال 1962، ساختار و خواص کربن شیشه ای به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است و همچنان یک موضوع داغ در زمینه مواد کربنی است. کربن شیشه ای را می توان به دو نوع تقسیم کرد: کربن شیشه ای نوع I و نوع II. کربن شیشه ای نوع I از پیش سازهای آلی در دمای کمتر از 2000 درجه سانتیگراد زینتر شده است و عمدتاً از قطعات گرافن پیچ خورده با جهت تصادفی تشکیل شده است. از طرف دیگر، کربن شیشه ای نوع II، در دماهای بالاتر (~2500 درجه سانتیگراد) تف جوشی می شود و یک ماتریس سه بعدی چند لایه آمورف از ساختارهای کروی فولرن مانند خود مونتاژ شده را تشکیل می دهد (همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است).

نمایش ساختار کربن شیشه ای (چپ) و تصویر میکروسکوپ الکترونی با وضوح بالا (راست)

تحقیقات اخیر نشان داده است که کربن شیشه ای نوع II تراکم پذیری بالاتری نسبت به نوع I نشان می دهد که به ساختارهای کروی فولرن مانند خود مونتاژ شده آن نسبت داده می شود. علیرغم تفاوت‌های هندسی جزئی، هر دو ماتریس کربن شیشه‌ای نوع I و نوع II اساساً از گرافن پیچ خورده تشکیل شده‌اند.

کاربردهای کربن شیشه ای

کربن شیشه ای دارای خواص برجسته بی شماری از جمله چگالی کم، سختی بالا، استحکام بالا، نفوذناپذیری بالا در برابر گازها و مایعات، پایداری حرارتی و شیمیایی بالا است که آن را به طور گسترده در صنایعی مانند تولید، شیمی و الکترونیک کاربرد دارد.

01 برنامه های کاربردی در دمای بالا

کربن شیشه ای مقاومت دمایی بالایی را در محیط های گاز بی اثر یا خلاء نشان می دهد و تا دمای 3000 درجه سانتی گراد را تحمل می کند. بر خلاف سایر مواد سرامیکی و فلزی با دمای بالا، استحکام کربن شیشه ای با دما افزایش می یابد و می تواند تا 2700K بدون شکننده شدن برسد. همچنین دارای جرم کم، جذب حرارت کم و انبساط حرارتی کم است که آن را برای کاربردهای مختلف در دمای بالا، از جمله لوله‌های محافظ ترموکوپل، سیستم‌های بارگیری و اجزای کوره مناسب می‌سازد.

02 کاربردهای شیمیایی

کربن شیشه ای به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی، کاربرد گسترده ای در تجزیه و تحلیل شیمیایی پیدا می کند. تجهیزات ساخته شده از کربن شیشه ای نسبت به دستگاه های آزمایشگاهی معمولی ساخته شده از پلاتین، طلا، سایر فلزات مقاوم در برابر خوردگی، سرامیک های ویژه یا فلوروپلاستیک ها مزایایی دارند. این مزایا شامل مقاومت در برابر همه عوامل تجزیه کننده مرطوب، نداشتن اثر حافظه (جذب و دفع کنترل نشده عناصر)، عدم آلودگی نمونه های آنالیز شده، مقاومت در برابر اسیدها و مذاب های قلیایی و سطح شیشه ای غیر متخلخل است.

03 فناوری دندانپزشکی

بوته های کربن شیشه ای معمولاً در فناوری دندانپزشکی برای ذوب فلزات گرانبها و آلیاژهای تیتانیوم استفاده می شوند. آنها مزایایی مانند رسانایی حرارتی بالا، طول عمر بیشتر در مقایسه با بوته های گرافیتی، عدم چسبندگی فلزات گرانبهای مذاب، مقاومت در برابر شوک حرارتی، قابلیت کاربرد بر روی تمام فلزات گرانبها و آلیاژهای تیتانیوم، استفاده در سانتریفیوژهای ریخته گری القایی، ایجاد اتمسفر محافظ بر روی فلزات مذاب را ارائه می دهند. و رفع نیاز به شار.

استفاده از بوته های کربن شیشه ای زمان گرمایش و ذوب را کاهش می دهد و به کویل های گرمایش واحد ذوب اجازه می دهد تا در دمای پایین تری نسبت به ظروف سرامیکی سنتی کار کنند و در نتیجه زمان مورد نیاز برای هر ریخته گری را کاهش داده و طول عمر بوته را افزایش می دهد. علاوه بر این، مرطوب نشدن آن نگرانی از دست دادن مواد را از بین می برد.

04 کاربردهای نیمه هادی

کربن شیشه ای با خلوص بالا، مقاومت در برابر خوردگی استثنایی، عدم تولید ذرات، رسانایی و خواص مکانیکی خوب، یک ماده ایده آل برای تولید نیمه هادی است. بوته ها و قایق های ساخته شده از کربن شیشه ای را می توان برای ذوب ناحیه ای اجزای نیمه هادی با استفاده از روش بریگمن یا چوکرالسکی، سنتز آرسنید گالیم و رشد تک بلور استفاده کرد. علاوه بر این، کربن شیشه‌ای می‌تواند به عنوان اجزایی در سیستم‌های کاشت یون و الکترودها در سیستم‌های اچینگ پلاسما عمل کند. شفافیت بالای اشعه ایکس همچنین تراشه های کربن شیشه ای را برای زیرلایه های ماسک اشعه ایکس مناسب می کند.

در نتیجه، کربن شیشه ای خواص استثنایی را ارائه می دهد که شامل مقاومت در برابر دمای بالا، بی اثری شیمیایی و عملکرد مکانیکی عالی است که آن را برای طیف گسترده ای از کاربردها در صنایع مختلف مناسب می کند.

برای محصولات کربن شیشه ای سفارشی با Semicera تماس بگیرید.
ایمیل:sales05@semi-cera.com