Карбид кремния зеленый 64С

Карбид кремния зелёный — абразивный шлифовальный материал на основе бинарного неорганического соединения кремния и углерода (химическая формула SiC). От чёрного карбида кремния отличается повышенной чистотой: содержание SiC в зелёном карборунде марки 64С (высшая категория качества, зернистости 63–16) составляет не менее 99 %. Пониженное содержание примесей — прежде всего железа — обеспечивает более высокую режущую и абразивную способность. Это определяет применение зелёного карбида кремния на операциях прецизионной обработки твёрдых сплавов, стекла, керамики и полупроводниковых материалов.

Физико-химические свойства карбида кремния

Карбид кремния — тугоплавкое, химически стойкое вещество с кристаллической решёткой ковалентного типа. Чистый SiC содержит 70,05 % кремния и 29,95 % углерода; молярная масса — 40,10 г/моль. В природе встречается крайне редко в составе минерала муассанита. Промышленный карбид кремния получают синтетически в электропечах сопротивления (процесс Ачесона) при температуре 2000–2500 °C восстановлением кварцевого песка (SiO₂) нефтяным коксом.

Существуют две основные кристаллические модификации SiC: гексагональная α-SiC (образуется при температурах свыше 1700 °C) и кубическая β-SiC (ниже 1700 °C). При нагреве в интервале 2100–2400 °C β-SiC необратимо переходит в α-SiC. Карбид кремния не плавится в обычном понимании: при температуре около 2830 °C происходит диссоциация (разложение) на кремний и углерод. Заметное разложение начинается уже при ~2300 °C.

Основные физико-механические свойства SiC

Параметр	Значение
Плотность	3,21 г/см³
Твёрдость по Моосу	9,0–9,5
Микротвёрдость абразивных зёрен	3300–3600 кгс/мм² (~32–35 ГПа)
Температура разложения	~2830 °C (с диссоциацией)
Теплопроводность (при 300 К)	120–490 Вт/(м·К)*
Коэффициент термического расширения (20–200 °C)	~4,0·10−6 К−1
Ширина запрещённой зоны	2,2–3,3 эВ (зависит от политипа)

* Теплопроводность SiC существенно зависит от чистоты и структуры: у высокочистых монокристаллов достигает 490 Вт/(м·К), у поликристаллических керамических материалов — 120–170 Вт/(м·К).

Химическая стойкость

SiC стоек к действию большинства минеральных кислот (HCl, H₂SO₄), однако растворяется с разложением в плавиковой кислоте (HF) и концентрированной азотной кислоте (HNO₃). Устойчив к водным растворам щелочей при умеренных температурах, но разрушается при сплавлении с расплавами щелочей на воздухе. Окисление на воздухе начинается при 600–800 °C с образованием защитной плёнки SiO₂, которая тормозит дальнейшее окисление. В инертной или восстановительной атмосфере SiC сохраняет рабочие свойства до ~1500 °C.

Отличия зелёного карбида кремния от чёрного

Зелёный и чёрный карбид кремния получают по одной технологии, но зелёный отбирают из центральной — наиболее чистой — зоны слитка электропечи, ближайшей к графитовому нагревательному элементу. Результат — более высокое содержание SiC и пониженная концентрация примесей, прежде всего железа. Именно чистота определяет характерный зелёный цвет кристаллов (примеси железа придают чёрный оттенок).

Сравнение зелёного и чёрного карбида кремния (зернистости 63–16)

Параметр	Зелёный 64С (высшая)	Чёрный 54С (высшая)
Содержание SiC, % не менее	99	98
Содержание Fe, % не более	0,1	0,3
Содержание C (свободный), % не более	0,3	0,3
Массовая доля магнитного материала, % не более	0,05	0,13
Содержание зелёных зёрен, % не менее	90	—

На практике различия проявляются в характере работы абразива. Зёрна зелёного карбида кремния обладают повышенной хрупкостью: при нагрузке они раскалываются с образованием новых острых режущих граней (эффект самозатачивания). Это обеспечивает более чистую обработку поверхности и меньший нагрев обрабатываемой детали. Пониженное содержание железа критично при обработке полупроводниковых пластин и оптических элементов, где загрязнение металлическими примесями недопустимо.

Марки зелёного карбида кремния по ГОСТ 26327-84

Основной действующий стандарт на шлифовальные материалы из карбида кремния — ГОСТ 26327-84 (СТ СЭВ 4169-83). Он устанавливает марки, химический состав, зерновой состав и показатели надёжности для зелёного и чёрного абразивного карбида кремния.

Зелёный карбид кремния по ГОСТ 26327-84 выпускается двух марок:

Марки зелёного карбида кремния

Марка	Категория качества	Зернистости
64С	Высшая	от 63 до 6, от М63 до М5
63С	Первая	от 63 до 6, от М63 до М5

Пример условного обозначения: 64С 25-П ГОСТ 26327-84 — зелёный карбид кремния высшей категории, зернистость 25, повышенное качество.

Классификация по зернистости регламентируется ГОСТ 3647-80 (система ГОСТ) и ГОСТ Р 52381-2005 (гармонизирован с международной системой FEPA/ISO 8486). Определение химического состава — по приложению 4 ГОСТ 26327-84.

Химический состав зелёного карбида кремния

Требования к химическому составу зависят от марки и зернистости. С уменьшением размера зерна допускается несколько меньшее содержание SiC, что связано с технологией дробления и классификации.

Химический состав марки 64С

Химический состав зелёного карбида кремния марки 64С (по ГОСТ 26327-84)

Зернистость	SiC, % не менее	Fe, % не более	C (свободный), % не более
63–16	99	0,1	0,3
12–6	98	0,2	0,4
М63, М50	99	0,1	—
М40–М14	98	0,2	—
М10–М5	97	—	—

Химический состав марки 63С

Химический состав зелёного карбида кремния марки 63С (по ГОСТ 26327-84)

Зернистость	SiC, % не менее	Fe, % не более	C (свободный), % не более
63–16	98	—	—
12, 10	—	0,3	—
8, 6	97	0,4	—
М63, М50	98	0,3	—
М40–М14	97	0,4	0,4
М10–М5	96	—	—

Зернистость: классификация по ГОСТ и FEPA

Зелёный карбид кремния выпускают в виде шлифзерна, шлифовальных порошков и микрошлифпорошков. Классификация по зернистости ведётся параллельно по двум системам.

Система ГОСТ (ГОСТ 3647-80). Шлифзерно обозначается числовым индексом, соответствующим размеру ячейки сита в сотых долях миллиметра (например, зернистость 25 — основная фракция 315–250 мкм). Микропорошки обозначаются буквой «М» с числом, указывающим верхний предел размера зёрен в микрометрах (М5 — зёрна до 5 мкм).

Система FEPA (ГОСТ Р 52381-2005, ISO 8486). Обозначается буквой F с числом: F12–F220 для шлифзерна и шлифпорошков, F230–F2000 для микропорошков. Чем больше число — тем мельче зерно.

Ориентировочное соответствие зернистостей ГОСТ и FEPA (выборочно)

FEPA	ГОСТ 3647-80	Размер основной фракции, мкм
F36	50	630–500
F60	25	315–250
F80	16	200–160
F120	10	125–100
F220	6	75–63
F400	М28	~17 мкм (медиана)
F1200	М5	~3 мкм (медиана)

Насыпная плотность шлифматериалов

Насыпная плотность зелёного карбида кремния зависит от зернистости и регламентируется ГОСТ 26327-84. Этот параметр важен при дозировке абразива и расчёте объёма упаковки.

Насыпная плотность зелёного карбида кремния (марки 64С, 63С) по ГОСТ 26327-84

Зернистость	Насыпная плотность, г/см³, не менее
63, 50, 40	1,49
32	1,48
25	1,46
20	1,44
16	1,41
12	1,35
10	1,35
8	1,34
6	1,27

Показатели надёжности по ГОСТ 26327-84

ГОСТ 26327-84 устанавливает нормативы разрушаемости и абразивной (режущей) способности для различных зернистостей зелёного карбида кремния.

Разрушаемость характеризует механическую прочность зёрен при статическом нагружении. Для шлифзерна зернистостей 63–16 она не должна превышать 47 %. Испытания проводятся на контрольной зернистости 25.

Режущая способность микропорошков нормируется отдельно и контролируется на зернистостях М14 (для диапазона М63–М14) и М5 (для диапазона М10–М5). Эти показатели гарантируют стабильную производительность абразива при обработке.

Области применения зелёного карбида кремния

Зелёный карбид кремния применяют в тех случаях, когда чёрный не обеспечивает требуемой чистоты обработки или недопустимо загрязнение детали примесями железа.

Заточка и шлифование твёрдосплавного инструмента

Шлифзерно марок 64С и 63С используют при изготовлении абразивного инструмента (шлифовальных кругов, брусков, сегментов) на керамической и бакелитовой связке для заточки и шлифования инструмента с пластинами из твёрдых сплавов групп ВК и ТК. Твёрдость зелёного карборунда (9–9,5 по Моосу) обеспечивает эффективную обработку карбида вольфрама, входящего в состав твёрдых сплавов.

Обработка стекла и оптических элементов

Микропорошки зелёного карбида кремния зернистостей М28–М5 (F400–F1200) применяют для притирки и доводки оптических элементов — линз, призм, зеркал. Минимальное содержание железа исключает загрязнение оптических поверхностей и снижает риск появления микроцарапин.

Шлифовка полупроводниковых пластин

При шлифовке кремниевых и германиевых пластин зелёный SiC в виде суспензии свободного зерна (зернистости F220–F1200) используют на этапах притирки перед финишной химико-механической полировкой. Высокая чистота зерна критична для предотвращения контаминации подложек металлическими примесями.

Обработка камня и технической керамики

Зелёный карбид кремния эффективен при шлифовании природного камня, технической и конструкционной керамики. Хрупкие острые зёрна обеспечивают высокую производительность при обработке материалов с высокой твёрдостью.

Свободная абразивная обработка

Шлифпорошки и микропорошки зелёного карбида кремния применяют в операциях притирки, доводки и полировки металлических деталей в производстве точной механики. Абразив подаётся в зону обработки в виде водной суспензии или пасты.

Абразивный инструмент из зелёного карбида кремния

На основе шлифзерна зелёного карбида кремния изготавливают шлифовальные круги, бруски, сегменты и головки на керамической (К), бакелитовой (Б) и вулканитовой (В) связках. Шлифовальные шкурки и ленты на тканевой и бумажной основе с зерном зелёного SiC используют для ручной и машинной обработки.

Микрошлифпорошки зелёного карбида кремния входят в состав притирочных и доводочных паст. В таких пастах абразивные зёрна распределены в связующей среде (масляной, водорастворимой), что обеспечивает равномерный съём материала при финишных операциях.

Формы поставки зелёного карбида кремния

Формы поставки

Форма	Зернистости (ГОСТ / FEPA)	Назначение
Шлифзерно	63–16 (F30–F100)	Абразивный инструмент на связке, свободная обработка
Шлифовальный порошок	12–6 (F120–F220)	Притирка, шлифование
Микрошлифпорошок	М63–М5 (F230–F1200)	Доводка, полировка, притирка оптики

Упаковка и маркировка — по ГОСТ 27595-88. Транспортирование — с защитой от влаги. Хранение — в сухих закрытых складских помещениях.

Для подбора зернистости и марки зелёного карбида кремния под конкретную технологическую задачу свяжитесь с нашим техническим специалистом.