تعريف كربيد السيليكون كربيد السيليكون

كربيد السيليكون (SiC) هو مركب بلوري يتكون من السيليكون والكربون يستخدم عادةً كمادة كاشطة ومادة شبه موصلة ولخصائصه الحرارية والميكانيكية. وتُعد SiC أيضاً مادة ممتازة عالية الجهد تساعد في تقليل الحجم والوزن عندما يتعلق الأمر بأنظمة إلكترونيات الطاقة في السيارات الكهربائية.

يمكن أن يوجد المويسانيت الاصطناعي أيضاً بشكل طبيعي في شكل معدن المويسانيت النادر. وهو مادة صلبة ومتينة ذات تصنيف موس 8-9 يقترب من صلابة الماس.

إنها مادة بلورية

كربيد السيليكون (SiC) هو مادة خزفية غير أكسيدية تُستخدم على نطاق واسع في الأجزاء المقاومة للتآكل بسبب صلابتها، وفي الحراريات والسيراميك بسبب المقاومة الحرارية، والأجهزة الإلكترونية بسبب الأداء المتفوق على السيليكون في بيئات الجهد العالي، وكذلك في إلكترونيات الطاقة التي تعمل بجهد وسرعات أعلى. ونظراً لأنها تتميز بفجوة نطاق أوسع من نظيراتها من السيليكون، يمكن أيضاً استخدام SiC كمادة شبه موصلة في تطبيقات إلكترونيات الطاقة.

إن SiC مادة شديدة الصلابة ذات روابط تساهمية قوية بين ذرات الكربون والسيليكون التي تزودها بقوة لا تصدق، وتأتي في المرتبة الثانية بعد كربيد البورون والماس من حيث قوتها المذهلة. كما أنها خاملة كيميائياً ومقاومة للتآكل حتى عند تسخينها في محاليل حمض الهيدروكلوريك أو حمض الكبريتيك، كما تُظهر SiC أيضاً موصلية حرارية استثنائية تسمح لها بالحفاظ على درجة الحرارة المحيطة لأغراض التخزين على المدى الطويل.

يمكن إنتاج كلوريد السيليكون إما عن طريق تفاعل ذرات سيكلوريد الكربون مع الكربون في مفاعل الترسيب الفيزيائي للبخار أو عن طريق تلبيد المسحوق النقي باستخدام طرق تشكيل السيراميك التقليدية. ويؤثر اختيار طريقة التشكيل بشكل كبير على بنيته المجهرية النهائية - مع وجود أنواع مختلفة من الأصناف المرتبطة بالتفاعل (a-SiC) والملبدة (4H-SiC) ذات خصائص فيزيائية مختلفة.

إنه كاشط

كربيد السيليكون هو مادة خزفية صلبة وقاسية تستخدم كمادة كاشطة فعالة. وكونه أكثر صلابة وحدّة من أكسيد الألومنيوم يجعل كربيد السيليكون خيارًا مثاليًا لطحن المواد الصلبة مثل المعادن غير الحديدية وبعض الأخشاب؛ بالإضافة إلى أنه يعمل بشكل جيد في تطبيقات الصقل الرطب.

يتم إنشاء ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) عن طريق تفاعل خليط من السيليكا والكربون وتحليله حرارياً في فرن كهربائي. وبمجرد تكوين هذه المادة، تأتي هذه المادة بألوان مختلفة من الأسود أو الأخضر، ويمكن حتى أن يتم تطعيمها بالنيتروجين أو البورون لتحويل سلوكها إلى سلوك أشباه الموصلات.

يمكن استخدام مادة كربيد السيليكون في صناعات مختلفة بسبب متانتها وخصائصها الأخرى، وخاصة التطبيقات التي تتطلب قدرة تحمل عالية مثل ألواح السيراميك الواقية من الرصاص. وعلاوة على ذلك، تتميز كربيد السيليكون بمقاومة حرارية وكيميائية عالية بالإضافة إلى التمدد الحراري المنخفض مقارنةً بالمواد الكاشطة المماثلة مثل كربيد التنجستن أو الماس.

إنها أشباه موصلات

كربيد السيليكون هو مادة صلبة بشكل استثنائي مع تصنيف صلابة بمقياس موس يبلغ تسعة على مقياس موس، مما يضعه بين الألومينا عند تسعة والماس عند 10. وبالإضافة إلى ذلك، يتميز كربيد السيليكون بموصلية حرارية عالية ومعدلات تمدد حراري منخفضة ومقاومة كبيرة للصدمات الحرارية، وهي خصائص تجعله مناسبًا لإلكترونيات الطاقة مثل المحولات المستخدمة في محولات الجر في السيارات الكهربائية، حيث تسمح له فجوة النطاق الواسعة بنقل الطاقة الكهربائية بكفاءة أكبر من أجهزة السيليكون التقليدية.

ويختلف كربيد السيليكون عن المويسانيت في أنه يمكن تحويله إلى سيراميك عن طريق تلبيد حبيباته مع مختلف الثنائيات تحت درجات حرارة وضغط عاليين، مما يسمح بإنتاجه بكميات كبيرة كمادة كاشطة منذ عام 1893، وغالباً ما يستخدم في التطبيقات التي تتطلب متانة عالية مثل مكابح السيارات أو القوابض والصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) وأجهزة الكشف في الأجهزة الإلكترونية شبه الموصلة.

يمكن العثور على SiC في العديد من الأشكال المتعددة ذات الهياكل البلورية والخصائص الفيزيائية المتميزة. وعادةً ما تفضل التطبيقات الإلكترونية النوع المتعدد الأشكال 4H-SiC بتركيبته البلورية السداسية التي تشبه Wurtzite أو Zinc blende.

إنها مادة ذات درجة حرارة عالية

كربيد السيليكون (SiC) هو مادة سيراميك غير أكسيدية تُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الميكانيكية ذات درجات الحرارة العالية وتصنيع الإلكترونيات، بما في ذلك أشباه الموصلات. يتميز كربيد السيليكون بنقطة انصهار عالية للغاية مع معامل تمدد حراري منخفض، فضلاً عن كونه خامل كيميائياً وقوته وصلابته ومتانته تجعله مفيداً في تطبيقات مثل السفع الكاشطة التي تتطلب حراريات ذات قوة شد عالية مثل جدران أفران الغلايات وكواتم الطوب المدقق وقضبان انزلاق الأفران.

كربيد السيليكون (كاربوروندوم) هو معدن صلب وهش يتكون من رباعي السطوح من السيليكون والكربون مرتبة رباعي السطوح. لا يوجد إلا بكميات ضئيلة في النيازك ورواسب الكمبرلايت، ويتم إنتاج كربيد السيليكون بشكل عام صناعياً للاستخدام الصناعي. وعادةً ما يكون SiC عازلاً في حالته النقية ولكن يمكن تخديره لإظهار خصائص شبه موصلة عن طريق التخدير بالشوائب للتحكم في التوصيل والقطبية والتوصيل مما يسمح له بالعمل كجهاز ناقل للإلكترون في الدوائر الإلكترونية مثل ترانزستورات الوصلة p-n، وثنائيات حاجز شوتكي وثنائيات حاجز شوتكي وMOSFETs.

إنها مادة عالية الجهد

كربيد السيليكون (SiC) هو سيراميك متين للغاية من غير الأكسيد يتمتع بالعديد من الخصائص المرغوبة. من بينها أن كربيد السيليكون مثالي لتطبيقات الجهد العالي، بما في ذلك تشغيل المركبات الكهربائية؛ ففجوة نطاقه أوسع من معظم أشباه الموصلات السيليكونية، مما يجعله أكثر ملاءمة للجهود العالية.

يُعدّ كربيد السيليكون (CNC) أحد أكثر المواد صلابة على الإطلاق، ويتطلب شفرات ذات رؤوس ماسية لإجراء عمليات قطع دقيقة. وعلاوة على ذلك، فإن توصيلها الحراري يعزز الكفاءة مع تقليل حجم حزمة البطارية في السيارة.

ينطوي الإنتاج الحديث لكربيد السيليكون على طحن كربيد السيليكون النقي في شكل مسحوق، وخلطه مع مساعدات التلبيد غير الأكسيدية وضغطه عند درجة الحرارة والضغط. ويمكن أيضًا استخدام الترسيب الكيميائي للبخار كجزء من تصنيع رقائق السيليكون؛ وهذا يتطلب كميات كبيرة من الطاقة والمعدات والمعرفة. لا تزال عملية أتشيسون الأصلية هي المعيار اليوم لتصنيع كربيد السيليكون الصناعي.

إنها مادة عالية الأداء

كربيد السيليكون عبارة عن سيراميك خامل يتمتع بالعديد من الخصائص المفيدة التي تجعله مرغوبًا للغاية في البيئات الصناعية، بدءًا من مكابح وقوابض السيارات وحتى السترات الواقية من الرصاص. يوفر كربيد السيليكون مقاومة فائقة ضد درجات الحرارة المرتفعة والظروف الكاشطة ومعدلات التمدد الحراري المنخفضة، فضلاً عن كونه مقاومًا للغاية للتآكل. وقد شهد تعدد استخدامات كربيد السيليكون العديد من الاستخدامات الصناعية على مدار تاريخه بما في ذلك وسادات المكابح والسترات الواقية من الرصاص.

يمكن إنتاج كربيد السيليكا الذي يتم إنتاجه من خلال تسخين خليط من رمل السيليكا والكربون في فرن من نوع المقاومة الكهربائية باستخدام التيار الكهربائي. وبمجرد إنتاجه، يمكن تكوين بلورات خضراء لامعة تشبه الماس يمكن تنقيتها بعد ذلك لإنتاج كربيد السيليكون من أشباه الموصلات.

وتتميز أشباه موصلات كربيد السيليكون بفجوات نطاق أكبر من نظيراتها من السيليكون، مما يتيح للإلكترونيات العمل بجهد وترددات أعلى دون المساس بالموثوقية - وهي سمة جعلتها خيارًا شائعًا في التطبيقات عالية الطاقة مثل إلكترونيات الطاقة للمركبات الكهربائية والأجهزة الموجودة على المركبات الكهربائية والمسابير الفضائية.